СВАЯ ЗАБИВНАЯ
DRIVEN PILE

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам.
Известны сваи полые круглого сечения (ГОСТ 19804.5-83). Они могут иметь армированный конический наконечник, с углом конуса 60°. Их недостаток - сниженная несущая способность из-за конического наконечника.
Известен столб, выполненный в виде трубы с острым закрытым наконечником, имеющим внутреннюю полость, заполненную зарядом взрывчатого вещества (патент US №3305985 от 20.07.1965). После погружения столба на заданную глубину инициируется взрыв вещества в полости наконечника, при этом наконечник расширяется, становясь анкерным устройством, увеличивающим несущую способность столба и препятствующим его извлечению из грунта. Недостатки такого устройства, увеличивающего несущую способность, - применимость только для металлических столбов или свай и сложность, высокая трудоемкость и опасность работ с применением взрывчатых веществ.
Известна свая с полым наконечником, заполненным специальным веществом (патент JP №63233117 от 19.03.1987 г.). Для увеличения несущей способности сваи наконечнику придают шарообразную форму путем деформирования, создаваемого внутренним давлением после окончания погружения сваи. Внутреннее давление создается за счет инициирования химической реакции в веществе, заполняющем наконечник.
Недостаток такой сваи - наконечник с тупым углом, существенно увеличивающим силу погружения сваи, не позволяющий погружать сваю в сильно уплотняемый, например, в песчаный обводненный грунт на большую глубину и необходимость в химическом веществе, заполняющем полость стального наконечника и в инициации химической реакции после окончания погружения сваи.
Известна забивная свая (а.с. SU №947278 от 19.12.1980), состоящая из ствола с осевым отверстием, заостренного наконечника в виде оболочки с острием и внутренней полостью, средств удержания оболочки от смятия в виде выступающей из нижнего конца сваи опоры острия.
Недостаток сваи в том, что средством удержания оболочки от смятия является острие сваи, поэтому после погружения свая имеет пониженную несущую способность, уменьшающуюся с уменьшением угла заострения наконечника.
Известна свая круглого сечения, погружаемая в заранее подготовленную скважину (патенты Японии с датами их публикации: №63-014925 от 04.07.1986, №04-106216 от 24.08.1990, №05-009934 от 02.07.1991, №08-209688 от 02.02.1995, №2006-063526 от 24.08.2004), состоящая из комбинированного (сталь и бетон) ствола с продольным отверстием в бетоне ствола (центральным или эксцентрично расположенным) и с плоским нижним концом; эластичной оболочки, охватывающей цилиндрическую поверхность ствола и средств закрепления ее концов на цилиндрической поверхности ствола; полости между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола.
В стволе имеется, по меньшей мере, одно радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие в стволе с полостью между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола.
После погружения сваи на заданную глубину, заполнения затвердевающим раствором полости между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола через продольное и радиальное отверстия в стволе вокруг ствола формируется опорный пояс, и свая приобретает увеличенную несущую способность.
Недостаток конструкции такой сваи в невозможности ее погружения при статическом или динамическом задавливании в грунт на заданную глубину, так как в свае не предусмотрен заостренный наконечник и эластичная оболочка не защищена от разрушения грунтом в процессе задавливания сваи.
Техническая задача изобретения - повышение несущей способности и снижение силы задавливания сваи забивной в условиях интенсивно уплотняемого перед сваей грунта, например, песчаного обводненного грунта.
Техническая задача решена в конструкции сваи забивной, состоящей из ствола с осевым отверстием, заостренного наконечника в виде оболочки с острием и внутренней полостью, сообщающейся с осевым отверстием, средств удержания оболочки от смятия, при этом наконечник сваи имеет кольцевое основание и оболочку конусоидальной формы, заканчивающуюся острием и соединенную по периметру с кольцевым основанием, в отверстии которого, соосном осевому отверстию в стволе, установлено устройство его закрытия; средством, удерживающим оболочку от смятия, является затвердевающий раствор в полости наконечника.
Наконечник может быть как стальным, так и из полимерного термопластичного материала или композиционного материала. В предпочтительном исполнении острие и основание наконечника изготовлены из стали, оболочка изготовлена из стального листа и нижняя часть ее приварена к острию, а верхняя - по периметру кольцевого основания.
Для стального наконечника отверстие в кольцевом основании, соосное осевому отверстию в стволе, является резьбовым, закрываемым резьбовой пробкой со стержнем.
Для дополнительного увеличения несущей способности сваи на нижней части ствола имеется углубление с цилиндрической поверхностью, эластичная оболочка со средствами закрепления ее верхнего и нижнего концов, охватывающая цилиндрическую поверхность углубления; полость между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью углубления, раздвижной в радиальном направлении защитный кожух со средствами его закрепления на стволе, охватывающий эластичную оболочку; в стволе имеется радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие с упомянутой полостью, преобразуемой в опорный пояс после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости затвердевающим раствором через отверстия в стволе и затвердевания раствора.
Достижение технического эффекта - повышение несущей способности и снижение силы задавливания сваи забивной в условиях интенсивно уплотняемого перед сваей грунта - обеспечивается следующей совокупностью отличительных признаков: наконечник сваи имеет кольцевое основание и оболочку конусоидальной формы, заканчивающуюся острием и соединенную по периметру с кольцевым основанием наконечника, в отверстии которого, соосном осевому отверстию в стволе, установлено устройство его закрытия; средством, удерживающим оболочку от смятия, является затвердевающий раствор в полости наконечника; острие и основание изготовлены из стали, оболочка изготовлена из стального листа и нижняя часть ее приварена к острию, а верхняя - по периметру кольцевого основания; отверстие в кольцевом основании наконечника, соосное осевому отверстию в стволе, является резьбовым, закрываемым резьбовой пробкой со штоком, длина которого меньше расстояния от пробки до верхнего торца ствола; на нижней части ствола имеется углубление с цилиндрической поверхностью, эластичная оболочка со средствами закрепления ее верхнего и нижнего концов, охватывающая цилиндрическую поверхность углубления; полость между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью углубления, раздвижной в радиальном направлении защитный кожух со средствами его закрепления на стволе, охватывающий эластичную оболочку; в стволе имеется радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие с упомянутой полостью, преобразуемой в опорный пояс после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости затвердевающим раствором через отверстия в стволе и затвердевания раствора.
Данная совокупность признаков является новой для забивной сваи, так как не обнаружена в источниках информации, полученных при проведении патентно-информационного поиска, и не следует явно из совокупности признаков известных конструкций свай.
На фиг.1 показана конструкция сваи забивной полой, имеющей заостренный наконечник с полостью, заполненной затвердевающим раствором;
на фиг.2 - свая, показанная на фиг.1, с наконечником, смятым после полного погружения в грунт, при открытом отверстии в основании наконечника;
на фиг.3 - конструкция полой сваи, имеющей заостренный наконечник и эластичную оболочку, закрепленную на конце ствола;
на фиг.4 - свая, показанная на фиг.3, после погружения в грунт и смятия наконечника;
на фиг.5 - свая, показанная на фиг.3, после погружения в грунт, смятия наконечника и заполнения затвердевающий раствором полости между эластичной оболочкой и поверхностью нижнего конца ствола;
на фиг.6 - сечение А-А на фиг.4;
на фиг.7 - сечение В-В на фиг.5.
Свая забивная (фиг.1, 2) состоит из ствола 1 с осевым отверстием 2, заостренного наконечника 3 в виде конусоидальной оболочки 4 с кольцевым основанием 5, отверстием 6 и острием 7, полости 8 внутри наконечника 3, закрываемой пробкой 9. Полость внутри наконечника 3 заполнена затвердевающим раствором 10. При удалении пробки 9 из отверстия 6 оболочка 4 сминается силой погружения сваи, а раствор 10 вытесняется из полости 8.
Наконечник 3 может быть изготовлен из полимерного термопластичного материала или из композиционного материала.
Острие 7 и основание наконечника 3 могут быть изготовлены из стали, оболочка 4 изготовлена из стального листа и нижняя часть ее приварена к острию 7, а верхняя - по периметру кольцевого основания 5 (фиг.1, 3).
В стальном кольцевом основании 5 отверстие 6 резьбовое и закрывается резьбовой пробкой 9.
Для увеличения несущей способности на нижней части ствола 1 сваи (фиг.3-7) имеется углубление 11 с цилиндрической поверхностью 12 высотой, превышающей максимальный поперечный размер ствола 1; эластичная оболочка 13, охватывающая цилиндрическую поверхность 12 углубления 11, и средства 14 закрепления ее верхнего и нижнего концов; полость 15 между эластичной оболочкой 13 и цилиндрической поверхностью 12 углубления 11; защитный кожух 16 с лепестками 16а со средством 17 его закрепления на стволе, раздвижной в радиальном направлении, охватывающий эластичную оболочку 13; радиальное отверстие 18, соединяющее отверстие 2 с полостью 15; опорный пояс 19 (фиг.5), образованный вокруг углубления 11 после погружения сваи на заданную глубину и заполнения полости 15 затвердевающим раствором 20, нагнетаемым через отверстия 2 и 18.
При строительстве свайного фундамента сваю с заостренным наконечником 3 без оболочки 13 и кожуха 16 (фиг.1, 2) или с оболочкой 13 и кожухом 16 (фиг.3, 4) погружают на заданную глубину в обводненный песчаный грунт одним из известных и разрешенных способов (задавливанием, забиванием, вибропогружением) (фиг.1, 3). Пока полость закрыта пробкой 9, форма наконечника 3 изменяется в пределах незначительной упругой деформации оболочки 4 и раствора 10, остающегося в жидком состоянии до окончания погружения сваи в грунт. После погружения сваи на заданную глубину вывертывают и вынимают шток 21 (фиг.1, 2) с пробкой 9 и дополнительно погружают сваю до смятия оболочки 4 (фиг.2), сопровождающегося уменьшением объема полости 8 и вытеснением из нее раствора 10 в отверстие 2.
Если погружается свая с устройством увеличения несущей способности (фиг.3-7), то после смятия оболочки 4 (фиг.4) и затвердевания раствора 10 растворным насосом через шланг и штуцер (не показаны), закрепляемый в отверстии 2, нагнетают под давлением цементный или цементно-песчаный раствор в полость 15 через отверстия 2 и 18. Давление нагнетания устанавливается в пределах 1-5 МПа в зависимости от плотности и влажности грунта на глубине, соответствующей положению оболочки 13 на погруженной свае.
По мере заполнения полости 15 раствором, она расширяется, увеличивая поперечный размер оболочки 13, раздвигая лепестки 16а защитного кожуха 16, раздвигая и уплотняя грунт.
Опорный пояс 19, образованный затвердевшим раствором 20 (фиг.5, 7), существенно увеличивает несущую способность сваи и тем больше, чем больше диаметр и высота опорного пояса 19. Для увеличения силы сдвига опорного пояса 19 относительно ствола 1 и сопротивления изгибу под действием вертикальной нагрузки на сваю увеличивают высоту опорного пояса 19.
При наличии опорного пояса 19 угол заострения наконечника 3 можно назначать, исходя из заданной силы погружения сваи, а не из условия обеспечения ее несущей способности, что важно для сооружения свайного фундамента на обводненном песчаном грунте.