Свая и способ ее возведения

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в конструкциях висячих свай, предназначенных для устройства свайных фундаментов, и способах возведения таких свай. Свая, имеющая ствол с внутренней продольной полостью, заполненной бетоном, и расположенное в ее нижней части средство увеличения несущей способности. 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. Технический результат состоит в улучшении сцепления поверхности сваи с окружающим грунтом, повышении несущей способности, снижении материалоемкости. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

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.

1. Свая, имеющая ствол с внутренней продольной полостью, заполненной бетоном, и расположенное в ее нижней части средство увеличения несущей способности, отличающаяся тем, что 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. Свая по п.1, отличающаяся тем, что 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. Свая по п.1, отличающаяся тем, что поперечные сечения наружных и внутренних продольных ребер полимерной трубы имеют вид равнобедренных трапеций, обращенных большими основаниями к стенке трубы.

4. Свая по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полость полимерной трубы заполнена высокомарочным мелкозернистым бетоном.

5. Способ возведения сваи, включающий 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, отличающийся тем, 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 длины ствола сваи, заполняют ее грунтоукрепляющей композицией, а после погружения в скважину с помощью погружающего средства ствола сваи и извлечения из нее 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. Способ возведения сваи по п.5, отличающийся тем, что глубина предварительно пробуренной скважины на 0,20-0,30 м меньше длины ствола сваи.

7. Способ возведения сваи по п.5, отличающийся тем, что предварительно пробуренную скважину заполняют глиноцементным водным раствором.

8. Способ возведения сваи по п.5, отличающийся тем, что погружение сваи производят с помощью погружающего приспособления, представляющего собой металлическую толстостенную трубу с заостренным наконечником на нижнем конце и закрепленной на верхнем конце площадкой.