Патент на изобретение №2295007

(54) ФУНДАМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению свайных фундаментов, конкретно к применению трубчатых свай, погружаемых с открытым нижним концом в слабые грунты. Фундамент содержит трубчатую сваю с открытым нижним концом и грунтовое ядро в полости сваи. Внутри полости сваи расположены вертикальные продольные твердые элементы перегородки. Упомянутые вертикальные продольные элементы установлены с возможностью перемещения относительно стенок сваи и выполнены с утолщениями на уровне нижней части ядра для образования ячеек. В ячейки грунтового ядра между перегородками и стенками сваи введены дополнительные материалы для создания дополнительного радиального давления ядра на стенки сваи – твердые, или сыпучие, или жидкие, или газообразные, причем на сваю оперт ростверк. Способ возведения свайного фундамента включает операции погружения трубчатой сваи с открытым нижним концом и образование грунтового ядра внутри полости сваи. После погружения сваи в образовавшееся внутри ее полости грунтовое ядро вводят вертикальные продольные твердые элементы – перегородки для образования в нем ячеек, в которые между перегородками и стенками сваи вводят поэтапно дополнительные материалы – твердые, или сыпучие, или жидкие, или газообразные и подают энергию тепловую или электрическую для обжига, плавления, замораживания или электрохимического закрепления грунтов ядра и полости сваи, преимущественно в нижнюю часть ядра, для создания дополнительного радиального давления ядра на стенки сваи и увеличения силы трения и сцепления ядра со стенкой, причем возводят ростверк. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей, повышении эффективности и безопасности способа и устройства для окружающей среды. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению свайных фундаментов, конкретно к применению трубчатых свай, погружаемых с открытым нижним концом в слабые грунты.

Известно устройство, представляющее собой трубчатую сваю [А.с. 129549 СССР, МКИ Е 02 D 27/44. Свая], содержащую в полости поперечную диафрагму, жестко закрепленную на стенках трубы.

Известен способ возведения фундамента [А.с. 129549 СССР, МКИ Е 02 D 27/44. Свая], по которому в полости трубчатой сваи устраивают поперечную диафрагму, погружают сваю в грунт до уровня диафрагмы и возводят ростверк.

Недостатком данного устройства и способа является повышенная осадка трубчатой сваи на слабых грунтах основания.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство, которое содержит трубчатую сваю [А.с. 542790 СССР, МКИ Е 02 D 5/24. Свая], в нижней части полости которой жестко закреплены на стенках вертикальные продольные перегородки.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ возведения фундамента [А.с. 542790 СССР, МКИ Е 02 D 5/24. Свая], по которому в полости трубчатой сваи устраивают вертикальные продольные перегородки, погружают сваю в грунт глубже верхней границы перегородок и устраивают ростверк.

Недостатком устройства и способа [А.с. 542790 СССР, МКИ Е 02 D 5/24. Свая] являются повышенные энергоемкость погружения трубчатой сваи и динамическое воздействие на окружающий грунт, опасное для окружающей среды.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение эффективности и безопасности способа и устройства для окружающей среды.

Поставленная задача в части устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем трубчатую сваю и закрепленные внутри ее полости твердые вертикальные продольные элементы-перегородки, упомянутые элементы установлены с возможностью перемещения относительно стенок сваи и выполнены с утолщениями на уровне нижней части ядра, а в ячейки между перегородками и (или) стенками сваи введены дополнительные объемы материалов, например, в виде свай, причем утолщения выполнены в виде лопастей и (или) патрубков, установленных по винтовой линии относительно оси сваи. Указанные признаки позволяют управлять степенью упрочнения грунтового ядра в процессе возведения свай путем изменения числа дополнительных свай, их диаметра и глубины погружения.

Поставленная задача в части способа решена за счет того, что в известном способе, включающем операции погружения трубчатой сваи с открытым нижним концом и возведение ростверка, после погружения сваи в образовавшееся внутри ее полости грунтовое ядро вводят продольные перегородки, а в грунтовые ячейки между перегородками и (или) стенками сваи вводят дополнительные объемы материалов и подают дополнительную энергию, преимущественно в нижнюю часть ядра, чем упрочняют грунтовое ядро, создают дополнительные радиальные сжимающие напряжения в грунте ядра, обеспечивают дополнительные трение и сцепление его со стенками сваи и превращают ее в квазимонолитный фундамент глубокого заложения.

Указанные признаки расширяют возможности применения трубчатых свай больших диаметров при использовании обычных строительных средств, а также обеспечивают щадящее воздействие на окружающую среду вследствие поэтапного погружения отдельных элементов сваи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 изображен в разрезах первый вариант устройства фундамента на трубчатой свае, в грунтовое ядро которой погружена вторая свая, а в грунтовые ячейки ядра последней – монолитные сваи. На фиг.3 и 4 – то же, второй вариант, по которому в ядро сваи погружена вторая свая с утолщениями в виде отрезков труб.

Устройство на фиг.1 и 2 содержит ростверк 1 на бетонной подготовке толщиной S₀, опирающийся на трубчатую сваю 2 и грунтовое ядро 3, в которое погружены дополнительные внутренние сваи: например, свая 4 с продольными лопастями 5 и монолитные сваи 6 и 7. На фиг.3, 4 дополнительная свая 8 снабжена утолщением в виде нескольких соединенных с ней патрубков 9, которые одновременно служат и направляющими.

В качестве дополнительных внутренних свай 4, 6, 7 и 8 могут быть применены как призматические, так и клиновые; как монолитные, так и трубчатые сваи; как набивные, так и инъекционные, в том числе с уширениями и утолщениями, винтовые, включая их комбинации, а также термосваи и др., т.е. сваи любого рода и конфигурации.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в грунт погружают трубчатую сваю 2 с открытым нижним концом, а в образовавшееся грунтовое ядро 3 в полости сваи 2 вводят продольные перегородки, например, в виде свай с лопастями, а в грунтовые ячейки между перегородками и (или) стенками сваи вводят дополнительные объемы материалов и подают энергию, преимущественно в нижнюю часть ядра, и таким образом создают дополнительное радиальное давление ядра 3 на стенки сваи 2 и тем самым увеличивают силы трения и сцепления ядра 3 со стенкой 2, превращая сваю в квазимонолитный фундамент глубокого заложения с высокой несущей способностью по грунту, причем поэтапное введение материалов в грунт снижает динамическое воздействие на окружающую среду.

В качестве материалов могут быть использованы твердые (все типы свай и др. устройства), сыпучие (грунтовые, бетонные, порошковые и др.), жидкие (расширяющиеся цементные растворы и др. закрепляющие составы), газообразные (воздух, закрепляющие смеси), причем текучие материалы могут быть применены в оболочках. В качестве энергии можно использовать тепловую и электрическую для обжига, плавления, замораживания и электрохимического закрепления грунтов ядра в полости трубчатой сваи, чем обеспечивают упрочнение и сцепление ядра со стенками сваи и исключают возможность проталкивания ядра вверх при осадке сваи под воздействием сжимающих нагрузок, передаваемых от ростверка.

Рассмотрим работу предлагаемого способа, используя фиг.1 и 2.

При погружении трубчатой сваи 2 в ее полость входит грунт в виде ядра 3 цилиндрической формы, поскольку свая легко прорезает толщу грунта основания своими тонкими стенками. При этом несущая способность ее по грунту будет малой. Для повышения эффективности трубчатой сваи 2 в грунтовое ядро 3 погружают вторую трубчатую сваю 4, усиленную лопастями 5, и тем самым упрочняют грунтовое ядро. Трение грунта в узких ячейках между трубами 2 и 4 тормозит его проталкивание вверх и повышает несущую способность устройства.

Дополнительно грунтовое ядро внутри трубы 4 закрепляют погружением дополнительной сваи второго порядка, например монолитной сваи 6 (фиг.1 и 2). Для закрепления ядра в ячейках между трубчатой сваей 2 и трубчатой сваей 4 с лопастями 5 в ячейки погружают дополнительные сваи третьего порядка, например монолитные сваи 7. И в этом случае трубчатая свая 2 будет работать как монолитный фундамент глубокого заложения, поскольку весь грунт ядра будет заклинен в узком зазоре между трубами 2 и 4 и напряжен сжатием в радиальном направлении, при введении сваи 6 в грунтовое ядро трубы 4, и вытеснением тем самым грунта из центра к стенкам в радиальном направлении.

Представленные на фиг.1, 2 и 3, 4 конструкции функционально идентичны.

На фиг.3 и 4 дополнительная свая представлена трубчатой сваей 8, которая снабжена утолщением в виде патрубков 9, располагаемых в нижней части грунтового ядра 3.

Устройство работает следующим образом. Дополнительная свая 8 с трубчатыми утолщениями в виде патрубков 9 выполняют роль перегородок и расчленяют грунтовое ядро 3 в поперечном сечении на отдельные ячейки, грунт в которых «самозапирается» за счет сил трения и сцепления со стенками патрубков 9, и тем препятствует его проталкиванию вверх. Для повышения эффекта самозапирания грунта патрубки выполнены изогнутыми по винтовой линии.

В этом случае утолщение выполняет роль плиты, перекрывающей поперечное сечение грунтового ядра 3 и тем самым омоноличивающей его с трубчатой сваей 2.

Вариантом устройства перегородок может быть то, что они выполнены в виде шпунтовых стенок.

Параметры всех свай обосновываются соответствующими расчетами и уточняются на основе результатов натурных испытаний.

Отметим следующие преимущества предлагаемых технических решений:

– они позволяют создать фундамент с высокой несущей способностью с помощью обычных строительных средств;

– способ относится к щадящим окружающую среду технологиям, поскольку предусматривается лишь погружение тонкостенных (режущих) трубчатых свай. Динамическое погружение элементов производится поэтапно, и влияние погружения внутренних дополнительных свай при этом локализуется грунтовым ядром внутри трубчатой сваи. При этом внутренние сваи имеют и относительно меньшие параметры, определяющие динамику погружения;

– выполнение внутренних перегородок трубчатой сваи подвижными относительно трубы позволяет управлять степенью упрочнения грунтового ядра в процессе возведения трубчатых свай путем изменения числа дополнительных свай, их диаметра и глубины погружения.

Описанные способ и устройства для его осуществления не исключают иных вариантов в рамках заявленной совокупности существенных признаков.

Формула изобретения

1. Фундамент, содержащий трубчатую сваю с открытым нижним концом и грунтовое ядро в полости сваи, отличающийся тем, что внутри полости сваи расположены вертикальные продольные твердые элементы перегородки, причем упомянутые вертикальные продольные элементы установлены с возможностью перемещения относительно стенок сваи и выполнены с утолщениями на уровне нижней части ядра для образования ячеек, а в ячейки грунтового ядра между перегородками и стенками сваи введены дополнительные материалы для создания дополнительного радиального давления ядра на стенки сваи – твердые, или сыпучие, или жидкие, или газообразные, причем на сваю оперт ростверк.

2. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что утолщения выполнены в виде лопастей и/или патрубков.

3. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что утолщения выполнены по винтовой линии относительно оси сваи.

4. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что перегородки выполнены в виде шпунтовых стенок.

5. Способ возведения свайного фундамента, включающий операции погружения трубчатой сваи с открытым нижним концом и образование грунтового ядра внутри полости сваи, отличающийся тем, что после погружения сваи в образовавшееся внутри ее полости грунтовое ядро вводят вертикальные продольные твердые элементы-перегородки для образования в нем ячеек, в которые между перегородками и стенками сваи вводят поэтапно дополнительные материалы – твердые, или сыпучие, или жидкие, или газообразные и подают энергию тепловую или электрическую для обжига, плавления, замораживания или электрохимического закрепления грунтов ядра и полости сваи, преимущественно в нижнюю часть ядра, для создания дополнительного радиального давления ядра на стенки сваи и увеличения силы трения и сцепления ядра со стенкой, причем возводят ростверк.

РИСУНКИ