ЗАБИВНАЯ СВАЯ Российский патент 1994 года по МПК E02D5/48 E02D5/54 

Изобретение относится к строительству, а именно к свайным фундаментам и может быть использовано при строительстве жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений.

Известны забивные сваи с уширениями у нижнего торца, так называемые булавовидные. Такие короткие (длиной 3-5 м) сваи обладают повышенной несущей способностью в обводненных слабых глинистых грунтах с опиранием нижнего торца ствола на более прочные слои основания [1].

Однако известные сваи имеют ряд существенных недостатков. Известно, что короткие сваи имеют ограниченную область применения по грунтовым условиям из-за низкой несущей способности из условия допускаемых деформаций оснований и неравномерных осадок фундаментов. А с увеличением длины булавовидной сваи снижается ее удельная несущая способность, поскольку с увеличением длины ее ствола увеличивается площадь боковой поверхности. А в булавовидных сваях через боковую грань со стороны уширения не передается нагрузка на грунт основания, так как со стороны этих граней образуются пустоты.

В дальнейшем пустоты (пазухи) по боковой поверхности ствола со стороны уширений заполняются грунтом в разрыхленном состоянии. Таким образом, сцепление между грунтом и указанной боковой поверхностью сваи практически отсутствует, что приводит к снижению несущей способности известной сваи.

Поскольку булавовидные сваи имеют развитую площадь по нижнему торцу, то такую сваю целесообразно опирать нижним концом на более глубокие прочные слои основания. В этом случае затруднительной является забивка таких свай, так как с увеличением площади сваи по нижнему торцу резко возрастает сопротивление ствола погружению. Это объясняется тем, что при забивке основания масса грунта, вытесняемого сваей, раздвигается в сторону за пределы площади многоугольника, ограниченного нижним торцом ствола. На вытеснение грунта в стороны требуется приложить к стволу сваи значительную силу. Чем больше расстояние от центра нижнего торца до боковых граней ствола сваи или его уширения, тем интенсивнее возрастает сопротивление ствола сваи погружению, что приводит к излишним энергозатратам на погружение сваи.

Кроме того, часто наблюдается разрушение ствола булавовидной сваи под воздействием силы удара, необходимой для ее погружения. Это также приводит к снижению несущей способности известной забивной сваи. Для увеличения прочности ствола расходуют значительное количество высокомарочного цемента и стали.

Указанные недостатки сдерживают широкое применение известных свай.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является забивная свая, включающая имеющий оголовок ствол с уширениями, расположенными ярусами по его высоте на расстоянии друг от друга [2].

Однако известная свая имеет ряд существенных недостатков. При погружении известной сваи вдоль ее ствола образуется лидирующая скважина с площадью поперечного сечения, равной площади проекции на горизонтальную плоскость поперечного сечения ствола в зоне нижнего уширения. При дальнейшем погружении известной сваи ее ствол с вышележащими уширениями погружается в образовавшуюся скважину. В этом случае сцепление грунта с боковой поверхностью ствола сваи происходит только по вертикальным граням уширений. А через нижние грани вышележащих уширений и через боковую поверхность ствола на участках между уширениями нагрузка от сваи на грунт основания практически не передается, что приводит к снижению несущей способности известной сваи.

Поэтому применение таких свай иногда является целесообразным в обводненных глинистых грунтах, находящихся в текучем состоянии. Однако такие грунты основания обладают низкой несущей способностью, особенно из расчета по деформациям, что также снижает их несущую способность и область применения известных свай.

Проявляются также недостатки известной сваи при ее работе в просадочных грунтах. Так как при замачивании происходит их просадка, то на участках ствола между уширениями происходит разрушение стенок скважины и смещение грунта к боковой поверхности этого участка ствола. В этом случае грунт передает дополнительную нагрузку (нагрузку, равную собственному весу околосвайного грунта) на сваю через верхние грани уширений, что также снижает несущую способность известной сваи.

Кроме того, при заглублении в просадочные слои грунта участка ствола с уширениями, по боковой поверхности уширений развивается значительная сила трения, которая препятствует погружению сваи, что приводит к значительным энергозатратам в процессе погружения.

Цель изобретения - повышение удельной несущей способности и снижение энергозатрат в процессе погружения.

На фиг. 1 изображена забивная свая, общий вид; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид сваи, вариант выполнения ; на фиг. 4 - вид по стрелке Б на фиг. 3; на фиг. 5 - общий вид сваи, вариант выполнения; на фиг. 6 - вид по стрелке В на фиг. 5; на фиг. 7 - общий вид сваи, вариант выполнения; на фиг. 8 - вид по стрелке Г на фиг. 7; на фиг. 9 - общий вид сваи, вариант выполнения; на фиг. 10 - вид по стрелке Д на фиг. 9.

Свая включает оголовок 1, ствол 2, нижнее уширение 3 и вышележащие уширения 4, 5, 6, расположенные по высоте ствола 2 на среднем расстоянии друг от друга в пределах (10-60) b, где b - вылет вышележащего уширения, а средняя площадь проекции (общая площадь вышележащих уширений поделена на количество уширений) на горизонтальную плоскость уширений, расположенных выше нижнего уширения на участке ствола, не превышающем 2/3 его высоты, превышает не менее, чем в 1,2 раза площадь проекции на горизонтальную плоскость нижнего уширения. Уширения могут быть выполнены на нижних участках одной или двух боковых граней ствола. По крайней мере две боковые грани 7 ствола 2 могут быть выполнены наклонными к поперечной оси ствола, при этом уширения расположены на наклонных гранях ствола.

Свая работает следующим образом. При погружении нижнего участка ствола сваи происходит вытеснение некоторого объема грунта, равного объему погруженной части ее ствола. Большая часть массива грунта из пространства, в которое внедрился участок ствола, вытесняется за пределы грани нижнего торца, т. е. к боковым граням сваи. В свою очередь, вытесненный за пределы ствола грунт передает давление на частицы грунта, окружающие сваю, и получает некоторое уплотнение. Но в этот момент происходит разрушение связей между частицами грунта, окружающего сваю.

При дальнейшем погружении сваи в массив околосвайного грунта внедряется участок ствола с уширениями 3.

Поскольку в околосвайном массиве связи между частицами грунта разрушены, то требуется меньшее усилие на внедрение в околосвайный грунт уширения 3 ствола сваи. В свою очередь, уширения 3 погружаются в грунт, уплотненный при погружении нижнего участка ствола. Следовательно, грунт со стороны нижних граней уширений и со стороны боковой поверхности ствола сваи получает дополнительное уплотнение.

При дальнейшем погружении сваи в контакт с грунтом вступают вышележащие уширения 4. Поскольку площадь проекции на горизонтальную плоскость вышележащих уширений больше площади проекции нижнего уширения, то вышележащие уширения внедряются в уплотненный массив околосвайного грунта. В процессе погружения в околосвайный грунт вышележащих уширений происходит задавливание грунта в скважину, образованную внедрением нижележащего уширения. При дальнейшем погружении сваи степень уплотнения околосвайного грунта на участке между уширениями возрастает, что приводит к увеличению силы сцепления грунта с боковой поверхностью сваи и увеличивается реактивный отпор грунта на нижние грани уширений, чем и обеспечивается повышение удельной несущей способности сваи.

На последнем этапе погружения сваи, верхние уширения перекрывают в плане пространство между грунтом и боковыми гранями ствола, образовавшееся в результате внедрения в грунт нижележащих уширений. Вытесняемый верхними уширениями грунт заполняет это пространство. При дальнейшем погружении в грунт верхних уширений происходит уплотнение околосвайного грунта.

Вследствие того, что площадь проекции на горизонтальную плоскость вышележащих уширений превышает площадь проекции на горизонтальную плоскость нижних уширений, то обеспечивается наличие уплотненного грунта, как в зоне сцепления его с боковой поверхностью ствола на участках между уширениями, так и в зоне контакта нижних и боковых граней всех уширений.

Поскольку нижние и боковые грани всех уширений взаимодействуют с уплотненным грунтом, передавая на грунт основания нагрузку от сваи в разных уровнях, то за счет этого повышается удельная несущая способность сваи и надежность ее работы.

Так как уширения расположены на расстоянии друг от друга, равном (10-60) b, где b - вылет вышележащего уширения, то происходит рассеивание в околосвайном массиве грунта передаваемой через эти уширения нагрузки на грунт основания от сваи и тем самым исключается срез грунта вдоль ствола в пределах площади проекции вышележащих уширений. В этом случае нижние грани уширений взаимодействуют с грунтом основания как лобовая поверхность сваи (как нижний торец сваи).

Таким образом, повышается удельная несущая способность сваи и увеличивается жесткость заделки сваи в грунте, чем одновременно обеспечивается повышение несущей способности сваи по деформациям ее основания.

Верхние участки свай, работающих в просадочных грунтах, необходимо выполнять без уширений. В этом случае на участке ствола выше верхних уширений при забивке сваи образуется зазор между грунтом и боковой поверхностью сваи. Наличием зазора между грунтом и боковой поверхностью сваи в толще просадочного слоя грунта обеспечивается снижение энергозатрат при погружении сваи, поскольку отсутствует трение по боковой поверхности на этом участке ствола, что облегчает погружение сваи.

В этом случае одновременно достигается повышение несущей способности сваи, так как практически отсутствует отрицательное трение при просадке просадочного грунта.

Сущность изобретения: в забивной свае средняя площадь проекции на горизонтальную плоскость вышележащих уширений превышает не менее, чем в 1,2 раза площадь проекции на горизонтальную плоскость нижнего уширения, причем уширения расположены по высоте ствола на среднем расстоянии друг от друга, равном (10 60) в, где в - вылет вышележащего уширения, а вылет нижнего уширения не превышает 1/2 диаметра ствола или ширины грани, на которой расположено уширение, при этом уширения могут быть выполнены на нижних участках одной или двух боковых граней ствола, а грани могут быть выполнены наклонными к поперечной оси сваи. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. ЗАБИВНАЯ СВАЯ, включающая в себя имеющий оголовок ствол с уширениями, расположенными ярусами по его высоте на расстоянии друг от друга, отличающаяся тем, что с целью повышения удельной несущей способности за счет увеличения степени уплотнения околосвайного грунта вдоль ствола сваи и снижения энергозатрат в процессе погружения преимущественно в просадочные грунты, средняя площадь проекции на горизонтальную плоскость уширений, расположенных выше нижнего уширения на участке ствола, не превышающем 2/3 его высоты, превышает не менее чем в 1,2 раза площадь проекции на горизонтальную плоскость нижнего уширения. 2. Свая по п. 1, отличающаяся тем, что уширения выполнены на нижних участках одной или двух боковых граней ствола. 3. Свая по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что по крайней мере две боковые грани ствола выполнены наклонными к поперечной оси ствола, а уширения расположены на наклонных гранях ствола. 4. Свая по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что уширения расположены по высоте ствола на расстоянии друг от друга (10 - 60)b, где b - вылет вышележащего уширения, а вылет нижнего уширения не превышает 1/2 диаметра ствола или ширины грани, на которой расположено уширение.