Буроинъекционная свая

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении фундаментов, в промышленном и гражданском строительстве, а также при возведении буроинъекционных свай в сезонно-промерзающих грунтах. Буроинъекционная свая состоит из верхней части, выполненной из железобетона, нижней части, выполненной из грунта, усиленного заинъектированным в него твердеющим во времени раствором, и одного или нескольких внутренних инъекционных каналов, при этом верхняя часть на верхнем торце содержит приспособления, например, арматурные выпуски для соединения с опирающейся на нее конструкцией, а нижний торец ее свободно опирается на нижнюю часть. Новым является то, что каждый инъекционный канал расположен по всей длине сваи, верхняя часть сваи выполнена в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием вниз, высотой h_в и шириной верхнего и нижнего оснований соответственно в_о и в_в с соблюдением условия в_в≤в_о+2h_в, а нижняя часть сваи представляет собой уширение выпуклой формы с минимальным размером поперечного сечения не менее в_в, при этом высоту h_н нижней части сваи определяют из приведенной зависимости. Технический результат заключается в создании сваи повышенной несущей способности с изменяемой по высоте прочностью нижней части при одновременном снижении трудоемкости и стоимости ее изготовления. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к строительству, а именно к фундаментостроению, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве, а также при возведении буроинъекционных свай в сезоннопромерзающих грунтах.

Известна буроинъекционная свая, состоящая из верхней части, представляющей собой железобетонный элемент со сквозным отверстием по длине с выступающей на его торцах арматурой и объединенной с ней нижней частью, представляющей собой заполненную до уровня сезонного промерзания цементно-песчаным раствором скважину. (Патент РФ №2150550, опубл. 10.06.2000, Бюл. №16).

Недостаток такой сваи состоит в дороговизне и трудоемкости ее изготовления, так как для ее возведения требуется сложное буровое оборудование.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является буронабивная свая-инъектор, содержащая ствол сваи, состоящий из заполненной цементным раствором скважины с установленным в ней арматурным каркасом, инъекторную трубу и грунтобетонное уширение (а.с. СССР №1052625, опубликовано 07.11.83 г., Бюл. №41).

Недостаток такой сваи состоит в маломощности грунтобетонного уширения и большой трудоемкости ее изготовления.

Задача предлагаемого изобретения - создание буроинъекционной сваи повышенной несущей способности с изменяемой по высоте прочностью нижней части при одновременном снижении трудоемкости и стоимости ее изготовления.

Для достижения технического результата в буроинъекционной свае, состоящей из верхней части, выполненной из железобетона, содержащей на верхнем торце приспособления, например, арматурные выпуски, для соединения с опирающейся на нее конструкцией, нижней части, выполненной из грунта, усиленного заинъектированным в него твердеющим во времени раствором и одного или нескольких внутренних инъекционных каналов, каждый инъекционный канал расположен по всей длине сваи, верхняя часть сваи выполнена в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием вниз, высотой h_в и шириной верхнего и нижнего основания соответственно в_о и в_в с соблюдением условия в_в≤в_о+2h_в, а нижняя часть сваи представляет собой уширение выпуклой формы с минимальным размером поперечного сечения не менее в_в, при этом высоту h_н нижней части сваи определяют из выражения

где σ _в - несущая способность грунта на уровне низа верхней части, кг/см²;

σ _н - требуемая несущая способность грунта на уровне низа нижней части, кг/см²;

σ _в+4 - несущая способность грунта на уровне, расположенном на 4 м ниже низа верхней части, кг/см;

m=0,8-1,2 - коэффициент условий работы.

Кроме того, нижняя часть сваи может быть выполнена грушевидной формы с уширением к низу, при этом прочность грунтораствора по высоте нижней части обратно пропорциональна ее поперечному сечению, причем прочность грунтораствора на стыке с верхней частью буроинъекционной сваи не менее давления по подошве верхней части, а по подошве нижней части - не менее прочности подстилающего грунта.

Также инъекционные каналы верхней и нижней частей сваи могут быть выполнены в виде объединяющих анкеров, например, металлических труб.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - буроинъекционная свая одноканальная, разрез 1-1 на фиг.2;

на фиг.2 - то же, план;

на фиг.3 - эпюры распределения по глубине несущей способности грунта, удельного давления в грунте от вертикальной нагрузки и прочности материала верхней и нижней частей сваи;

на фиг.4 - буроинъеционная свая четырехканальная, разрез II-II на фиг.5;

на фиг.5 - то же, план.

Буроинъекционная свая состоит из верхней 1 и нижней 2 частей. Верхняя часть представляет собой сборный железобетонный элемент (при необходимости может быть изготовлен на месте). Форма и размеры верхней части (в₀в_в, h_о, h_в) подбираются из конструктивно-технологических соображений: условий передачи нагрузки от конструкции на нижнюю часть 2, веса элемента, удобства его транспортировки и монтажа, из условий минимального заглубления в грунт в соответствии с требованиями нормативных документов и т.д. Верхняя часть может иметь цилиндрическую форму (фиг.1), форму усеченного конуса (фиг.4), или другие подобные формы.

При этом из условий распределения напряжений не более, чем под углом 45°, ширина нижнего основания не должна быть больше верхнего более, чем на двойную высоту верхней части, т.е. в_в≤в_о+2h_в.

Верхний торец верхней части содержит приспособления, например, арматурные выпуски 3 для соединения с опирающейся на нее конструкцией. Нижняя часть 2 выполнена из лежащего в основании грунта, усиленного заинъектированным в него твердеющим во времени раствором. Для инъектирования раствора буроинъекционная свая содержит один или несколько инъекционных каналов 4. Для увеличения степени монолитности верхней и нижней частей буроинъекционной сваи инъекционные каналы могут быть выполнены в виде объединяющих анкеров, например, металлических труб.

Нижняя часть 2 буроинъекционной сваи предназначена для распределения в грунте давления от вышележащей конструкции на верхнюю часть 1. Форма и размеры нижней части определяются в соответствии с параметрами эпюр (фиг.3):

5 - распределения по глубине несущей способности грунта;

6 - распределения удельного давления в грунте от вертикальной нагрузки по глубине;

7 – прочности материала верхней 1 и нижней 2 частей буроинъекционной сваи. Позициями 8 и 9 показаны соответственно границы котлована для элемента 1 и грунт засыпки котлована.

Произведем ориентировочную оценку несущей способности фундамента, исходя только из несущей способности по его подошве, пренебрегая (в запас) несущей способностью боковой поверхности. Несущая способность грунта увеличивается с глубиной. На глубине h она в соответствии с эпюрой 5 равна σ _н. Удельное давление от нагрузки по глубине, наоборот, уменьшается и на глубине h равно σ _н (в соответствии с эпюрой 6). Глубина заложения нижней части буроинъекционной сваи может быть признана достаточной, если σ _н≤σ _н. При этом до глубины h несущая способность фундамента должна быть обеспечена за счет прочности материала сваи, т.е. σ ₁, σ ₂,... σ ₅ на каждой глубине должна соответственно своему уровню по высоте превышать значения σ по эпюре 6 (фиг.3).

Буроинъекционная высота h_н нижней части буроинъекционной сваи может быть определена из следующих соображений. Если условно в пределах 3-4 м по глубине принять эпюру 5 линейной, то из подобия треугольников на эпюре 5 (фиг.3) следует:

где σ _в, σ _н - несущая способность грунта на глубине соответственно верха и низа нижней части буроинъекционной сваи, кг/см²;

σ _в+4 - несущая способность грунта на уровне, расположенном ниже на 4 м низа верхней части, кг/см².

После введения коэффициента условий работы m=0,8-1,2 получаем окончательную формулу:

При этом σ _в и σ _в+4 определяют из данных инженерных изысканий, а σ _н - по результатам расчетов давления от эксплуатационной нагрузки.

По высоте нижней части на участках h₂, h₃, h₄, h₅ может быть обеспечена разная прочность (соответственно σ ₂, σ ₃, σ ₄, σ ₅). Это позволит более экономично формировать нижнюю часть буроинъекционной сваи.

Сооружение буроинъекционной сваи организовывается следующим образом.

Вначале вырывают котлован глубиной h₁, и границей 8 поверху. В котлован устанавливают сборный элемент 1 (или бетонируют его на месте) с инъекционными каналами 4. Через эти каналы осуществляют дальнейшее их удлинение и монтаж обустройств на протяжении нижней части 2. После этого котлован засыпают грунтом 9. Далее производят инъектирование раствора, формируя нижнюю часть 2.

Эффективность использования предлагаемого технического решения заключается в возможности изготовления буроинъекционной сваи повышенной несущей способности с изменяемой по высоте прочностью нижней части при одновременном снижении трудоемкости и стоимости.

1. Буроинъекционная свая, состоящая из верхней части, выполненной из железобетона, нижней части, выполненной из грунта, усиленного заинъектированным в него твердеющим во времени раствором, и одного или нескольких внутренних инъекционных каналов, при этом верхняя часть на верхнем торце содержит приспособления, например, арматурные выпуски для соединения с опирающейся на нее конструкцией, а нижний торец ее свободно опирается на нижнюю часть, отличающаяся тем, что каждый инъекционный канал расположен по всей длине сваи, верхняя часть сваи выполнена в виде усеченного конуса, ориентированного большим основанием вниз, высотой h_в и шириной верхнего и нижнего оснований соответственно в_о и в_в с соблюдением условия в_в≤в_о+2h_в, а нижняя часть сваи представляет собой уширение выпуклой формы с минимальным размером поперечного сечения не менее в_в, при этом высоту h_н нижней части сваи определяют из выражения:

где σ _в - несущая способность грунта на уровне низа верхней части, кг/см²;

σ _н - требуемая несущая способность грунта на уровне низа нижней части, кг/см²;

σ _в+4 - несущая способность грунта на уровне, расположенном ниже на 4 м низа верхней части, кг/см²;

m=0,8÷ 1,2 - коэффициент условий работы.

2. Буроинъекционная свая по п.1, отличающаяся тем, что нижняя часть выполнена грушевидной формы с уширением к низу, при этом прочность грунтораствора по высоте нижней части обратно пропорциональна ее поперечному сечению, причем прочность грунтораствора на стыке с верхней частью буроинъекционной сваи не менее давления по подошве верхней части, а по подошве нижней части - не менее прочности подстилающего грунта.

3. Буроинъекционная свая по п.1, отличающаяся тем, что инъекционные каналы верхней и нижней частей выполнены в виде объединяющих анкеров, например, металлических труб.