Способ погружения полой сваи (варианты)

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам, и позволяет увеличить несущую способность сваи. Способ погружения железобетонной полой сваи под действием статической или динамической нагрузки, создаваемой установкой с нагружателем, включает установку в полость сваи средства прокалывания грунта (СПГ), фиксацию его положения относительно сваи; установку сваи с зафиксированным в ней СПГ в вертикальное положение относительно поверхности земли оборудованием для погружения сваи; погружение сваи в грунт до заданной отметки под действием статической, динамической или комбинированной нагрузки на сваю и средства прокалывания грунта одновременно; удаление средства прокалывания грунта из полости сваи; заполнение полости бетонным раствором; при этом в полость сваи устанавливают СПГ, состоящее из штанги и заостренного наконечника в форме конуса, или пирамиды, или клина, у которых расстояние от верхнего торца стержня до основания наконечника более длины сваи; основание наконечника выставляют на расстоянии от нижнего торца сваи, определяемом из соотношения:

где z - расстояние от нижнего торца сваи до основания наконечника; δ - минимальная толщина полой стенки сваи; α - угол заострения наконечника. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 16 ил.

 

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам.

Известен способ погружения полой сваи, имеющей на нижнем конце заостренный наконечник, диаметр основания которого равен наружному диаметру сваи (патент US №3932999 от 15.11.1974 г., патент KR N 1020020089031) или несколько больше него (патент JP №56-089624). Недостаток данного способа в том, что заостренный наконечник остается на свае в грунте после погружения сваи на заданную глубину, что существенно снижает максимально возможную несущую способность сваи.

Известен способ погружения стальной трубчатой сваи (патент JP № 2003328358 от 21.05.2002 г., патент US №5449253 от 30.06.1993 г.), при котором в стальную или железобетонную трубу со стальным нижним концом, имеющую на нем внутреннее опорное кольцо, вставляют заостренный наконечник так, что коническая часть его выступает из нижнего конца трубы, а основание, имеющее поясок, взаимодействующий с опорным кольцом, находится внутри трубы, и, установив сваю в место погружения, ударяют молотом по основанию наконечника, забивая сваю в грунт.

После погружения на заданную глубину наконечник вынимают, а полость сваи заполняют бетонным раствором.

Недостаток способа - погружение только полой сваи, имеющей стальной нижний конец с внутренним опорным кольцом. Этим способом нельзя погружать стандартную железобетонную полую сваю. Следующий недостаток - при этом способе не предусмотрено погружение сваи статической нагрузкой (вдавливанием), а погружение ударной нагрузкой часто недопустимо вблизи зданий.

Известен способ погружения полой сваи, имеющей на конце устройство для увеличения ее несущей способности в виде эластичной оболочки, в которую через полость и радиальные отверстия в свае подается затвердевающий раствор (патенты Японии, номера публикаций: 2006-063526 от 24.08.2004, 64-017920 от 13.07.1987, 64-017924 от 13.07.1987).

При этом способе предварительно бурят скважину под размер погружаемой сваи и расширяют скважину в конце, затем вводят в скважину сваю с закрепленной на ее конце эластичной оболочкой и нагнетают в полость под эластичной оболочкой затвердевающий раствор до заполнения оболочкой с раствором расширенного конца скважины. После затвердевания раствора вокруг конца сваи образуется опорный пояс, увеличивающий ее несущую способность. Недостаток способа - необходимость бурения скважины под сваю и расширения ее конца под опорный пояс, что затруднительно или невозможно без использования обсадных устройств в обводненном песчаном фунте.

Техническая задача изобретения - снижение силы погружения железобетонной полой сваи в обводненный песчаный грунт как при статической, так и при динамической нагрузке.

Дополнительная задача изобретения - увеличение несущей способности железобетонной полой сваи.

Техническая задача решена в способе погружения железобетонной полой сваи под действием статической или динамической нагрузки, создаваемой установкой с нагружателем, включающем установку в полость сваи средства прокалывания грунта, 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 в грунт до заданной отметки под действием статической, динамической или комбинированной нагрузки на сваю и средство прокалывания грунта одновременно; 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, у которых расстояние от верхнего торца стержня до основания наконечника более длины сваи; основание наконечника выставляют на расстоянии от нижнего торца сваи, определяемом из соотношения:

где z - расстояние от нижнего торца сваи до основания наконечника;

δ - минимальная толщина полой стенки сваи;

α - угол заострения наконечника.

Для лучшего уплотнения грунта вокруг сваи после установки и фиксации СПГ в полости сваи на выступающую из сваи часть наконечника от торца сваи до основания наконечника надевают конусообразное кольцо, форма и размеры основания которого одинаковы с формой и размерами нижнего торца сваи, а высота определяется из соотношения:

где h - высота конусообразного кольца;

δ - минимальная толщина полой стенки сваи;

α - угол заострения наконечника;

или после установки и фиксации средства прокалывания грунта в полости сваи на выступающую из сваи часть наконечника от торца сваи до основания наконечника надевают конусообразный кожух из листового материала, форма и размеры основания которого одинаковы с формой и размерами нижнего торца сваи, а высота определяется из соотношения:

где h - высота кожуха из листового материала;

δ - минимальная толщина полой стенки сваи;

α - угол заострения наконечника.

После удаления средства прокалывания грунта сваю дополнительно погружают на глубину не меньшую высоты кожуха из листового материала для его смятия, при необходимости в полость сваи устанавливают арматуру и заполняют полость бетонным раствором.

Способ погружения железобетонной полой 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: установку в полость сваи средства прокалывания грунта, 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 в грунт на заданную глубину под действием статической, динамической или комбинированной нагрузки на сваю и средства прокалывания грунта одновременно; удаление средства прокалывания грунта из полости сваи; заполнение полости бетонным раствором и выдержка до его затвердевания; при этом в полость сваи устанавливают средство прокалывания грунта, состоящее из штанги и заостренного наконечника в форме конуса, или пирамиды, или клина, у которых расстояние от верхнего торца стержня до основания наконечника более длины сваи; основание наконечника выставляют на расстоянии от нижнего торца сваи, определяемом из соотношения:

где z - расстояние от нижнего торца сваи до основания наконечника;

δ - минимальная толщина полой стенки сваи;

α - угол заострения наконечника.

После погружения сваи в грунт на заданную глубину и удаления средства прокалывания грунта заполняют полость сваи бетоном до начала радиальных отверстий, после затвердевания бетона нагнетают затвердевающий раствор через полость и радиальные отверстия под эластичную оболочку в объеме, достаточном для образования опорного пояса.

Для уменьшения силы погружения сваи в грунт в полость сваи устанавливают средство прокалывания грунта, имеющее конический наконечник, острый угол при вершине которого находится в интервале от 15° до 30°, или пирамидальный или клиновой наконечник, у которых острый угол, образуемый двумя поверхностями, симметричными относительно осевой плоскости, находится в интервале от 15° до 30°.

Технический эффект - снижение силы погружения железобетонной полой сваи в обводненный песчаный грунт как при статической, так и при динамической нагрузке, - достигается тем, что в полость сваи устанавливают средство прокалывания грунта, состоящее из штанги и заостренного наконечника в форме конуса, или пирамиды, или клина, у которых расстояние от верхнего торца стержня до основания наконечника более длины сваи; основание наконечника выставляют на расстоянии от нижнего торца сваи, определяемом из соотношения:

где z - расстояние от нижнего торца сваи до основания наконечника;

δ - минимальная толщина полой стенки сваи;

α - угол заострения наконечника.

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, форма и размеры основания которого одинаковы с формой и размерами нижнего торца сваи, а высота определяется из соотношения:

где h - высота конусообразного кольца;

δ - минимальная толщина полой стенки сваи;

α - угол заострения наконечника.

Для увеличения несущей способности сваи после удаления средств прокалывания грунта в ее полость устанавливают арматуру и заполняют полость бетонным раствором.

Для получения дополнительного технического эффекта - увеличения несущей способности железобетонной полой сваи - используют способ погружения железобетонной полой 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.

Этот способ характеризуется новой совокупностью признаков: в полость сваи устанавливают СПГ, состоящее из штанги и заостренного наконечника в форме конуса, или пирамиды, или клина, у которых расстояние от верхнего торца стержня до основания наконечника более длины сваи; основание наконечника выставляют на расстоянии от нижнего торца сваи, определяемом из соотношения:

где z - расстояние от нижнего торца сваи до основания наконечника;

δ - минимальная толщина полой стенки сваи;

α - угол заострения наконечника.

После погружения сваи в грунт на заданную глубину и удаления средства прокалывания грунта заполняют полость сваи бетоном до начала радиальных отверстий, после затвердевания бетона нагнетают затвердевающий раствор через полость и радиальные отверстия под эластичную оболочку в объеме, достаточном для образования опорного пояса.

Данная совокупность признаков является новой для способа погружения забивной сваи, в том числе со средствами повышения несущей способности, так как не обнаружена в источниках информации, полученных при проведении патентно-информационного поиска, и не следует явно из совокупности признаков известных способов погружения полых свай.

На фиг.1 показан процесс погружения полой сваи со стержнем с наконечником, выступающим в грунт из полости сваи.

На фиг.2 - показан процесс погружения полой сваи со стержнем с наконечником.

На фиг.3 - показан процесс погружения полой сваи со стержнем с наконечником с кожухом, надетым на его цилиндрическую часть.

На фиг.4 - показан процесс погружения полой сваи со стержнем с наконечником, имеющим угол заострения от 15° до 30°.

На фиг.5 - круглое сечение А-А наконечника на фиг.2.

На фиг.6 - квадратное сечение А-А наконечника на фиг.2.

На фиг.7 - прямоугольное сечение клинового наконечника на фиг.4.

На фиг.8 - погружение в грунт сваи со средствами увеличения несущей способности на конце ствола.

На фиг.9 - вид В на фиг.8.

На фиг.10 - сечение С-С на фиг.9.

На фиг.11 - погруженная в грунт свая с забетонированной частью ствола

На фиг.12 - погруженная в грунт свая с опорным поясом из затвердевшего раствора на конце ствола.

На фиг.13 - вид D на фиг.12.

На фиг.14 - сечение Е-Е на фиг.13.

На фиг.15, 16 - диаграммы, показывающие область применения предложенного способа погружения полых свай.

При реализации способа погружения железобетонной полой сваи (фиг.1-3, 11, 12) под действием статической или динамической нагрузки, создаваемой установкой с нагружателем (не показана), устанавливают в полость 1 ствола 2 средство 3 прокалывания грунта, состоящее из штанги 4 и заостренного наконечника 5 в форме конуса, у которого расстояние от верхнего торца 6 штанги 4 до основания 7 наконечника 5 более длины сваи; основание 7 наконечника 5 выставляют на расстоянии от нижнего торца сваи, определяемом из соотношения (фиг.1):

где z - расстояние от нижнего торца сваи до основания 7 наконечника 5;

δ - минимальная толщина полой стенки ствола 1;

α - угол заострения наконечника 5.

Фиксируют положение средства 3 прокалывания грунта относительно сваи; устанавливают сваю с зафиксированным в ней средством 3 прокалывания грунта в вертикальное положение; погружают сваю в грунт до заданной отметки под действием статической, динамической или комбинированной нагрузки на сваю и средство 3 прокалывания грунта одновременно; удаляют средство 3 прокалывания грунта из полости 1 ствола 2 и заполняют полость 1 бетонным раствором 8 (фиг.4).

Если для большего уплотнения грунта вокруг сваи на часть наконечника 5 от торца сваи до основания 7 надевают конусообразное кольцо 9 (фиг.2, 8) или конусообразный кожух 9а из листового материала (фиг.3), формой и размерами нижнего торца сваи, а высота определяется из соотношения:

где h - высота конической части кожуха из листового материала;

δ - минимальная толщина стенки полой сваи;

α - угол заострения наконечника,

то после удаления средств 3 прокалывания грунта сваю с кожухом 9а дополнительно погружают на глубину, не меньшую высоты кожуха 9а из листового материала, для его смятия (фиг.4).

После удаления средства 3 прокалывания грунта в полость 1 устанавливают арматуру и заполняют полость бетонным раствором 8.

При способе погружения в грунт железобетонной полой сваи, имеющей закрепленные на ее нижнем конце средства 10 увеличения несущей способности (фиг.8-11) в виде эластичной оболочки 11, заполняемой цементным или цементно-песчаным раствором через полость 1 и радиальные отверстия 12 в ее стенке, выходящие под эластичную оболочку 11, устанавливают в полость сваи средство 3 прокалывания грунта, фиксируют его положение относительно сваи; устанавливают сваю с зафиксированным в ней средством 3 прокалывания грунта в вертикальное положение относительно поверхности земли оборудованием для погружения сваи, погружают сваю в грунт на заданную глубину под действием статической, динамической или комбинированной нагрузки на сваю и средство 3 прокалывания грунта одновременно; удаляют средство 3 прокалывания грунта из полости 1, заполняют полость 1 бетонным раствором 8 (фиг.11) до уровня радиальных отверстий 12 и выдерживают его до затвердевания; после затвердевания бетона нагнетают затвердевающий раствор через полость 1 и радиальные отверстия 12 под эластичную оболочку 11 в объеме, достаточном для образования опорного пояса 13 (фиг.12).

При необходимости уменьшения силы погружения сваи устанавливают в полость 1 средство 3 прокалывания грунта, имеющее конический наконечник 5, острый угол при вершине которого находится в интервале от 15° до 30°.

Так как площадь средства 3 прокалывания грунта изменяется в зависимости от соотношения площадей поперечного сечения сваи и полости 1, применение предложенного способа целесообразно в определенном диапазоне соотношения, описываемого формулой

где S_св. и S_n - площади поперечного сечения сваи и полости 1.

Для свай забивных железобетонных круглого сечения по ГОСТ 19804.5-83, 19804.6-83 и 19804-91:

где D и d - радиусы наружной и внутренней поверхностей свай.

Для полых призматических свай

где D_пp.- приведенный диаметр,

где.S_св.пр..- площадь поперечного сечения призматической сваи.

Для свай в приведенных ГОСТах

Х=1,25-2.

Предлагаемый способ прокалывания грунта целесообразно использовать при значениях Х=0,5÷3 (фиг.15, 16), так как при X<0,5 стенка сваи тонкая и неприемлема для железобетонных свай, а при X>3 использование предлагаемого способа неэффективно, так как площадь поперечного сечения средства 3 прокалывания грунта мала, как и сила погружения, передаваемая через средство 3 прокалывания грунта.

1. Способ погружения железобетонной полой сваи под действием статической или динамической нагрузки, создаваемой установкой с нагружателем, включающий установку в полость сваи средства прокалывания грунта и 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 в грунт до заданной отметки под действием статической, динамической или комбинированной нагрузки на сваю и средство прокалывания грунта одновременно; удаление средства прокалывания грунта из полости сваи; заполнение полости бетонным раствором, отличающийся тем, что в полость сваи устанавливают средство прокалывания грунта, состоящее из штанги и заостренного наконечника в форме конуса, или пирамиды, или клина, у которых расстояние от верхнего торца стержня до основания наконечника более длины сваи; основание наконечника выставляют на расстоянии от нижнего торца сваи, определяемом из соотношения:

где z - расстояние от нижнего торца сваи до основания наконечника;
δ - минимальная толщина полой стенки сваи;
α - угол заострения наконечника.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что 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, форма и размеры основания которого одинаковы с формой и размерами нижнего торца сваи, а высота определяется из соотношения:

где h - высота конусообразного кольца;
δ - минимальная толщина полой стенки сваи;
α - угол заострения наконечника.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после установки и фиксации средства прокалывания грунта в полости сваи на выступающую из сваи часть наконечника от торца сваи до основания наконечника надевают конусообразный кожух из листового материала, форма и размеры основания которого одинаковы с формой и размерами нижнего торца сваи, а высота определяется из соотношения:

где h - высота кожуха из листового материала;
δ - минимальная толщина полой стенки сваи;
α - угол заострения наконечника, а после удаления средств прокалывания грунта сваю дополнительно погружают на глубину, не меньшую высоты кожуха из листового материала для его смятия.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что после удаления средств прокалывания грунта в полость сваи устанавливают арматуру и заполняют полость бетонным раствором.

5. Способ погружения железобетонной полой 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, включающий установку в полость сваи средства прокалывания грунта, 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 в грунт на заданную глубину под действием статической, динамической или комбинированной нагрузки на сваю и средство прокалывания грунта одновременно; удаление средства прокалывания грунта из полости сваи; заполнение полости бетонным раствором и выдержка до его затвердевания, отличающийся тем, что в полость сваи устанавливают средство прокалывания грунта, состоящее из штанги и заостренного наконечника в форме конуса, или пирамиды, или клина, у которых расстояние от верхнего торца стержня до основания наконечника более длины сваи; основание наконечника выставляют на расстоянии от нижнего торца сваи, определяемом из соотношения:

где z - расстояние от нижнего торца сваи до основания наконечника;
δ - минимальная толщина полой стенки сваи;
α - угол заострения наконечника; после погружения сваи в грунт на заданную глубину и удаления средства прокалывания грунта заполняют полость сваи бетоном до начала радиальных отверстий, после затвердевания бетона нагнетают затвердевающий раствор через полость и радиальные отверстия под эластичную оболочку в объеме, достаточном для образования опорного пояса.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в полость сваи устанавливают средство прокалывания грунта, имеющее конический наконечник, острый угол при вершине которого находится в интервале от 15 до 30°

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в полость сваи устанавливают средство прокалывания грунта, имеющее пирамидальный или клиновой наконечник, у которого острый угол, образуемый двумя поверхностями, симметричными относительно осевой плоскости, находится в интервале от 15 до 30°.