Патент на изобретение №2386751

(54) СПОСОБ ПОГРУЖЕНИЯ ПОЛОЙ СВАИ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

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; – минимальная толщина полой стенки сваи; – 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;

– минимальная толщина полой стенки сваи;

– 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;

– минимальная толщина полой стенки сваи;

– 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;

– минимальная толщина полой стенки сваи;

– 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;

– минимальная толщина полой стенки сваи;

– 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;

– минимальная толщина полой стенки сваи;

– 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;

– минимальная толщина полой стенки сваи;

– 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;

– минимальная толщина полой стенки сваи;

– 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;

– минимальная толщина полой стенки ствола 1;

– 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;

– минимальная толщина стенки полой сваи;

– 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.

Формула изобретения

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;
– минимальная толщина полой стенки сваи;
– 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;
– минимальная толщина полой стенки сваи;
– 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;
– минимальная толщина полой стенки сваи;
– 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;
– минимальная толщина полой стенки сваи;
– 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°.

РИСУНКИ