СВАЯ С ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТЬЮ К ПУЧЕНИЯМ
PILE WITH INCREASED RESISTANCE TO HEAVES

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям забивных свай для грунтов, характеризующихся наличием процесса морозного пучения грунта.
При строительстве различных объектов для сооружения фундаментов часто используются стальные сваи. При этом сечение сваи сохраняется постоянным по всей ее длине.
При устройстве фундаментов в пучинистых грунтах сваи подвергаются морозному пучению. Пучинистые грунты характеризуются тем, что при промерзании они увеличиваются в объеме, что приводит к поднятию поверхности грунта при его промерзании и опусканию его поверхности при его оттаивании. При наступлении холодов промерзание грунта происходит от поверхности грунта вглубь. При этом грунт примерзает к наружной поверхности сваи и, при поднятии своей поверхности, тянет сваю вверх. Эта вырывающая сила называется силой морозного пучения. Величина силы морозного пучения зависит от типа грунтов и пропорциональна площади поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом в зоне деятельного слоя грунта, т.е. в зоне слоя грунта, в котором наблюдаются сезонные промерзание и оттаивание.
Удерживается свая в грунте за счет силы трения на внешней поверхности сваи в грунте, расположенной ниже границы деятельного слоя. При этом удерживающая сила зависит от типа грунтов и пропорциональна площади поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом в зоне ниже деятельного слоя грунта. С целью увеличения несущей способности сваи на действие вырывающих нагрузок морозного пучения длина свай выполняется достаточно большой с тем, чтобы обеспечить достаточную площадь соприкосновения с грунтом ниже деятельного слоя. В случае выполнения свай из стандартных стальных труб с целью увеличения несущей способности свай на действие вырывающих нагрузок сваи могут выполняться с винтовым анкером в ее нижней части.
Например, известна (SU №1381246, E02D 5/54, опубл. 15.03.1988) свая, предназначенная для использования в грунтах с характерным проявлением процесса морозного вспучивания и которая содержит ствол, шарнирно прикрепленные к нему нижние секции выдвижных элементов, которые соединены с верхними секциями посредством шарниров. На свободном конце каждой верхней секции имеется вертикальная прорезь, предназначенная для крепления ее к соединительному элементу при помощи косых шайб и гаек с возможностью перемещения. Соединительный элемент крепится к верхнему торцу ствола и перекрывается инвентарной прокладкой. Соотношение длин верхней и нижней секций составляет 1:0,04, причем шарниры крепления секций между собой расположены ниже границы деятельного слоя, а верхние грани верхних секций выступают над верхним торцом ствола на величину, не превышающую длины нижних секций.
Недостатком данной сваи является сложность ее конструктивного исполнения, ненадежность конструкции в целом, обусловленная наличием шарнирных подвижных звеньев, что в условиях эксплуатации промерзаемых грунтов создает определенные трудности как при монтаже сваи из-за необходимости проведения операций по укладке звеньев после установки сваи в скважину, так и в период эксплуатации в случае неудачного размещения шарнирных звеньев по отношению к направлению вспучивания.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, снижении веса сваи, уменьшении ее заглубления в грунт для снижения объема строительно-монтажных работ и снижении стоимости сооружения фундаментов в условиях пучинистых грунтов.
Указанный технический результат достигается тем, что в свае с повышенной стойкостью к пучениям, используемой в пучинистых грунтах и представляющей собой удлиненное тело в виде стальной трубы, диаметр стальной трубы на участке высоты сваи, погружаемом на глубину ниже деятельного слоя пучинистого грунта, равен не менее 219 мм и выполнен больше диаметра этой трубы на участке высоты сваи, погружаемом на глубину деятельного слоя пучинистого грунта и равном не менее 159 мм.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На чертеже изображена свая в грунте.
1
В рамках настоящей заявки рассматривается свая с повышенной стойкостью к пучениям, используемая в пучинистых грунтах и представляющая собой удлиненное тело в виде стальной трубы, со стороны наконечника 1 погружаемой на глубину h ниже высоты h деятельного слоя пучинистого грунта. Диаметр стальной трубы на участке «а» 2 высоты сваи, погружаемом на глубину ниже деятельного слоя пучинистого грунта, равен не менее 219 мм и выполнен больше диаметра этой трубы на участке «б» 3 высоты сваи, погружаемом на глубину деятельного слоя пучинистого грунта и равном не менее 159 мм.
Особенностью предлагаемой сваи с повышенной устойчивостью к воздействию сил морозного пучения является то, что свая в зоне деятельного слоя выполняется с меньшим внешним диаметром, а в зоне ниже деятельного слоя с большим внешним диаметром. При таком способе выполнения сваи уменьшается площадь соприкосновения сваи с грунтом в зоне деятельного слоя, что уменьшает силу морозного пучения, и увеличивается площадь соприкосновения сваи с грунтом в зоне ниже деятельного слоя, что увеличивает несущую способность сваи на действие вырывающих нагрузок. При этом верхнюю часть сваи целесообразно выполнять из трубы диметром не менее 159 мм, т.к. труба меньшего диаметра не позволит выполнить погружение сваи путем забивки или завинчивания, а нижнюю часть сваи - из трубы следующих по величине диаметров - не менее 219 мм, т.е. диаметр трубы сваи в нижней части должен быть как минимум на один шаг размерного ряда труб больше, чем диаметр трубы сваи в верхней части.
При погружение такой сваи в грунт можно также использовать лидерную скважину с диаметром, достаточным для погружения нижней части трубы. При этом между поверхностью верхней части трубы и стенками котлована образуется свободное пространство. Это пространство заполняется грунтом из объема, выведенного наружу при образовании скважины. При использовании других технологий сваю либо завинчивают за счет навивки, имеющейся на наружной поверхности нижней части трубы, либо забивают в грунт. Образовавшееся пространство между верхней частью трубы и стенками котлована заполняют грунтом.
В качестве примера рассмотрим эффективность предлагаемой сваи на свайном фундаменте из стальной трубы диаметром 325 мм в условиях пучинистых грунтов. Стандартное заглубление для такой сваи в пучинистых грунтах с глубиной деятельного слоя в 3 метра составляет 9 метров. В случае уменьшения диаметра трубы в зоне деятельного слоя до 219 мм мы уменьшаем площадь соприкосновения сваи с грунтом на 32,6%. Это приводит к снижению сил морозного пучения на такую же величину. Соответственно, свая обладает большей несущей способностью к стойкости по отношению к силам морозного пучения на 32,6%, либо на такую же величину мы можем сократить несущую способность сваи на действие вырывающих нагрузок за счет уменьшения длины сваи в зоне ниже деятельного слоя. При этом длина сваи в зоне ниже деятельного слоя уменьшится на величину, равную (9-3)×0,36=2,16 метра.
Таким образом, заглубление сваи, выполненной из стальной трубы диаметром 219 мм в зоне деятельного слоя и из стальной трубы диметром 325 мм в зоне ниже деятельного слоя, можно выполнять на глубину 6,84 метра, вместо 9 метров для сваи, целиком выполненной из стальной трубы диаметром 325 мм.
Настоящее изобретение промышленно применимо. Эффективность применения сваи в виде ступенчатой трубы в грунтах, склонных к морозному вспучиванию, подтверждена проведенными строительными работами по формированию свайного фундамента и устройства ограждающих и ограждающе-несущих конструкций котлованов.