СВАЯ И СПОСОБ ЕЕ ВОЗВЕДЕНИЯ
PILE AND ITS ERECTION METHOD

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям висячих 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 свая представляет собой железобетонный ствол с внутренней продольной полостью, заполненной бетоном с арматурой, при этом свая снабжена средством увеличения несущей способности в виде закрепленной на ее нижнем конце в области радиальных отверстий в стволе эластичной оболочки, заполненной затвердевшим цементным или цементно-песчанным раствором.
Недостатками описанной выше сваи являются недостаточная несущая способность и дороговизна в возведении, обусловленные недостаточным сцеплением поверхности сваи с окружающим грунтом и сложностью перевозки без повреждения длинномерных тяжелых бетонных полых свай и манипулирования ими в процессе возведения, необходимостью их армирования для повышения прочности 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 (погружающего 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 неудовлетворительная несущая способность полученной таким способом сваи и ее дороговизна, обусловленные недостаточной силой сцепления поверхности сваи с окружающим грунтом, сложностью перевозки без повреждения длинномерных бетонных полых свай и манипулирования ими в процессе возведения, необходимостью упрочнения их металлической арматурой 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 через радиальные отверстия в стволе сваи.
Задачей заявляемого изобретения является повышение несущей способности сваи, возведенной с помощью заявляемого способа, и удешевление ее изготовления.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является улучшение сцепления поверхности сваи с окружающим грунтом, снижение металлоемкости и уменьшение веса ствола сваи, изготовленной с помощью заявляемого способа.
Указанный результат достигается тем, что:
1. В известной свае, имеющей ствол с внутренней продольной полостью, заполненной бетоном, и расположенное в ее нижней части средство увеличения несущей способности, согласно изобретению, ствол сваи выполнен в виде полимерной трубы, имеющей наружные и внутренние продольные ребра, а средство увеличения несущей способности сваи выполнено в виде расположенной под стволом сваи опорной бетонной пяты.
2. В свае по п.1 согласно изобретению наружные и внутренние продольные ребра распределены равномерно по окружности стенки полимерной трубы таким образом, что выступы внутренних ребер расположены напротив промежутков между выступами наружных ребер.
3. В свае по п.1 согласно изобретению поперечные сечения наружных и внутренних продольных ребер полимерной трубы имеют вид равнобедренных трапеций, обращенных большими основаниями к стенке трубы.
4. В свае по п.1 согласно изобретению внутренняя полость полимерной трубы заполнена высокомарочным мелкозернистым бетоном.
5. В известном способе возведения сваи, включающем погружение сваи с размещенным во внутренней продольной полости ее ствола погружающим средством в грунт до заданной отметки под воздействием статической, динамической или комбинированной нагрузки, удаление погружающего средства из полости сваи, формирование средства увеличения несущей способности сваи и заполнение внутренней продольной полости сваи бетонной смесью, согласно изобретению предварительно бурят скважину с диаметром, равным 0,85-0,90 наружного диаметра ствола сваи в виде полимерной трубы, имеющей наружные и внутренние продольные ребра, и глубиной, меньшей длины ствола сваи, заполняют ее грунтоукрепляющей композицией, а после погружения в скважину с помощью погружающего средства ствола сваи и извлечения из него погружающего средства заполняют треть высоты внутренней продольной полости ствола сваи жесткой бетонной смесью и втрамбовывают ее с помощью погружающего средства в грунтовое дно скважины для формирования под стволом сваи опорной бетонной пяты, после чего извлекают погружающее средство из ствола сваи и заполняют его бетонной смесью.
6. В способе по п.5 согласно изобретению глубина предварительно пробуренной скважины на 0,20-0,30 м меньше длины ствола сваи.
7. В способе по п.5 согласно изобретению предварительно пробуренную скважину заполняют глиноцементным водным раствором.
8. В способе по п.5 согласно изобретению погружение сваи производят с помощью погружающего приспособления, представляющего собой металлическую толстостенную трубу с заостренным наконечником на нижнем конце и закрепленной на верхнем конце площадкой.
Выполнение ствола сваи в виде полимерной трубы, имеющей наружные и внутренние продольные ребра, и выполнение средства увеличения несущей способности сваи в виде расположенной под стволом сваи опорной бетонной пяты дает возможность увеличить площадь боковой поверхности сваи и уплотнить грунт под сваей, улучшив тем самым сцепление поверхности сваи с окружающим грунтом, снизить металлоемкость и уменьшить вес сваи, что позволяет удешевить изготовление сваи и повысить ее несущую способность.
При этом наружные и внутренние продольные ребра могут быть распределены равномерно по окружности стенки полимерной трубы таким образом, что выступы внутренних ребер расположены напротив промежутков между выступами наружных ребер.
При этом поперечные сечения наружных и внутренних продольных ребер полимерной трубы могут иметь вид равнобедренных трапеций, обращенных большими основаниями к стенке трубы.
При этом внутренняя полость полимерной трубы может быть заполнена высокомарочным мелкозернистым бетоном.
Предварительное бурение скважины с диаметром, равным 0,85-0,90 наружного диаметра ствола сваи в виде полимерной трубы, имеющей наружные и внутренние продольные ребра, и глубиной, меньшей длины ствола сваи, заполнение скважины грунтоукрепляющей композицией, заполнение трети высоты внутренней продольной полости ствола сваи жесткой бетонной смесью после погружения в скважину с помощью погружающего средства ствола сваи и извлечения из него погружающего средства, втрамбовывание бетонной смеси с помощью погружающего средства в грунтовое дно скважины для формирования под стволом сваи опорной бетонной пяты, последующее извлечение погружающего средства из ствола сваи и заполнение ствола бетонной смесью позволяют улучшить сцепление поверхности сваи с окружающим грунтом за счет увеличения площади боковой поверхности сваи и пропитки грунтоукрепляющей композицией пространства грунта вокруг возводимой сваи, уменьшить металлоемкость и вес сваи, удешевив ее транспортировку и манипулирование в процессе возведения сваи, обеспечить формирование простым образом средства увеличения несущей способности сваи. Все это дает возможность удешевить изготовление сваи, возводимой заявляемым способом, и повысить ее несущую способность.
При этом глубина предварительно пробуренной скважины может быть на 0,20-0,30 м меньше длины ствола сваи.
При этом предварительно пробуренную скважину могут заполнять глиноцементным водным раствором.
При этом погружение сваи могут производить с помощью погружающего приспособления, представляющего собой металлическую толстостенную трубу с заостренным наконечником на нижнем конце и закрепленной на верхнем конце площадкой.
Заявляемая свая обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
1) ствол сваи выполнен в виде полимерной трубы, имеющей наружные и внутренние продольные ребра, а средство увеличения несущей способности сваи выполнено в виде расположенной под стволом сваи опорной бетонной пяты,
2) наружные и внутренние продольные ребра распределены равномерно по окружности стенки полимерной трубы таким образом, что выступы внутренних ребер расположены напротив промежутков между выступами наружных ребер,
3) поперечные сечения наружных и внутренних продольных ребер полимерной трубы имеют вид равнобедренных трапеций, обращенных большими основаниями к стенке трубы,
4) внутренняя полость полимерной трубы заполнена высокомарочным мелкозернистым бетоном.
Заявляемый способ возведения сваи обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
1) предварительно бурят скважину с диаметром, равным 0,85-0,90 наружного диаметра ствола сваи в виде полимерной трубы, имеющей наружные и внутренние продольные ребра, и глубиной, меньшей длины ствола сваи, заполняют ее грунтоукрепляющей композицией, а после погружения в скважину с помощью погружающего средства ствола сваи и извлечения из него погружающего средства заполняют треть высоты внутренней продольной полости ствола сваи жесткой бетонной смесью и втрамбовывают ее с помощью погружающего средства в грунтовое дно скважины для формирования под стволом сваи опорной бетонной пяты, после чего извлекают погружающее средство из ствола сваи и заполняют его бетонной смесью,
2) глубина предварительно пробуренной скважины на 0,20-0,30 м меньше длины ствола сваи,
3) предварительно пробуренную скважину заполняют глиноцементным водным раствором,
4) погружение сваи производят с помощью погружающего приспособления, представляющего собой металлическую толстостенную трубу с заостренным наконечником на нижнем конце и закрепленной на верхнем конце площадкой.
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 висячих 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 улучшить сцепление поверхности сваи с окружающим грунтом, снизить металлоемкость и уменьшить вес ствола сваи, изготовленной с помощью заявляемого способа, и заключается в том, что предварительно бурят скважину с диаметром, равным 0,85-0,90 наружного диаметра ствола сваи в виде полимерной трубы, имеющей наружные и внутренние продольные ребра, и глубиной, меньшей на 0,20-0,30 м длины ствола сваи, заполняют ее грунтоукрепляющей композицией в виде глиноцементного водного раствора, а после погружения в скважину с помощью погружающего средства ствола сваи и извлечения из него погружающего средства заполняют треть высоты внутренней продольной полости ствола сваи жесткой бетонной смесью и втрамбовывают ее с помощью погружающего средства в грунтовое дно скважины для формирования под стволом сваи опорной бетонной пяты, после чего извлекают погружающее средство из ствола сваи и заполняют его бетонной смесью, причем погружение сваи производят с помощью погружающего приспособления, представляющего собой металлическую толстостенную трубу с заостренным наконечником на нижнем конце и закрепленной на верхнем конце площадкой.
Заявляемая свая, возводимая с использованием заявляемого способа, иллюстрируется чертежами, где представлено на:
Фиг.1. Общий вид заявляемой сваи с разрезом.
Фиг.2. Разрез А-А на Фиг.1.
Фиг.3. Погружение в скважину ствола сваи.
Фиг.4. Формирование под стволом сваи опорной бетонной пяты.
Фиг.5. Заполнение ствола сваи бетонной смесью.
Свая, представленная на чертежах (см. Фиг.1, 2), содержит ствол в виде полимерной трубы 1 из полипропилена с внутренней продольной полостью 2, заполненной высокомарочным мелкозернистым бетоном. Полимерная труба 1 имеет наружные 3 и внутренние 4 продольные ребра, распределенные равномерно по окружности стенки полимерной трубы 1 таким образом, что выступы внутренних продольных ребер 4 расположены напротив промежутков между выступами наружных продольных ребер 3. Поперечные сечения наружных 3 и внутренних 4 продольных ребер полимерной трубы 1 имеют вид равнобедренных трапеций, обращенных большими основаниями к стенке трубы 1.
Под стволом сваи расположено средство увеличения несущей способности, выполненное в виде опорной бетонной пяты 5.
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 бурят скважину с диаметром, равным 0,87 (можно 0,85-0,90 с достижением такого же результата) наружного диаметра самой полимерной трубы 1 ствола сваи без учета выступов наружных продольных ребер 3, и глубиной, на 0,25 м (можно на 0,20-0,30 м) меньшей длины ствола сваи. Заполняют скважину грунтоукрепляющей композицией в виде глиноцементного водного раствора, который под действием собственного веса проникает в грунт стенок и дна скважины, насыщая и размягчая его.
Размещают во внутренней продольной полости полимерной трубы 1 ствола сваи погружающее средство 6, представляющее собой металлическую толстостенную трубу с заостренным наконечником на нижнем конце и закрепленной на верхнем конце площадкой для свайного молота. Наружный диаметр трубы погружающего средства 6 равен 0,95 диаметра внутреннего просвета полимерной трубы 1 с учетом выступов внутренних продольных ребер 4. Заостренный наконечник погружающего средства 6 на 0,20-0,30 м выступает за пределы нижнего основания полимерной трубы 1.
Под действием динамической нагрузки погружают полимерную трубу 1 с размещенным в ее внутренней продольной полости погружающим средством 6 (см. Фиг.3) в грунт до заданной отметки, при этом наружные продольные ребра 3 входят в пропитанный глиноцементным водным раствором грунт стенок скважины. При погружении полимерная труба 1 с погружающим средством 6 оказывают дополнительное давление на глино-цементный водный раствор, заполняющий скважину, увеличивая скорость и степень проникновения его в грунт стенок и дна скважины с образованием после его затвердения оболочки из упрочненного грунта вокруг ствола сваи, существенно увеличивающей силу сцепления его поверхности с окружающим грунтом.
После извлечения из полости полимерной трубы 1 погружающего средства 6 заполняют треть высоты ее внутренней продольной полости жесткой бетонной смесью с малым содержанием воды и втрамбовывают смесь (см. Фиг.4) с помощью погружающего средства 6 в пропитанное глино-цементным водным раствором дно скважины для формирования под стволом сваи уширенной опорной бетонной пяты 5. Затем извлекают погружающее средство 6 из полимерной трубы 1 и заполняют ее внутреннюю полость (см. Фиг.5) через бетонолитную трубу 7 высокомарочной мелкозернистой бетонной смесью.
После затвердевания пропитанного глиноцементным водным раствором грунта вокруг тела сваи и набора жесткой и высокомарочной мелкозернистой бетонной смесью требуемой прочности свая готова к восприятию нагрузок и может быть передана в эксплуатацию в составе свайного фундамента.
Использование заявляемой конструкции сваи и способа ее возведения позволяет:
- исключить необходимость в трудоемком процессе изготовления тяжелых железобетонных свай с предварительно напряженной металлической арматурой, более неудобных в транспортировке и погружении в проектное положение из-за возможности их повреждения;
- обеспечить возможность гибкого варьирования размеров и несущей способности свай, так как полимерные сваи с большим диапазоном диаметров, длин и размеров продольных ребер могут быть изготовлены на любом предприятии, выпускающем полимерные трубы больших диаметров;
- исключить необходимость использования свайных молотов с большой энергией удара за счет предварительного бурения скважины и пропитки боковых стенок скважины грунтоукрепляющей композицией, что позволяет вести работы по возведению заявляемой сваи вблизи существующих зданий;
- повысить долговечность сваи вследствие устойчивости ее полимерного ствола к агрессивному воздействию грунтовых вод и блуждающих токов.
Заявляемые свая и способ ее изготовления по сравнению с прототипом обеспечивают улучшение сцепления поверхности сваи с окружающим грунтом, снижение металлоемкости и уменьшение веса ствола сваи.