СПОСОБ ПОГРУЖЕНИЯ ТРУБЧАТОЙ СВАИ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫЙ ГРУНТ Российский патент 1998 года по МПК E02D7/22 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и касается укрепления дамб, защиты портовых сооружений.

Известен способ погружения несущей опорной конструкции в вечномерзлом грунте, включающий погружение трубчатого опорного элемента путем вращения последнего с одновременным приложением к нему вертикальной вдавливающей нагрузки [1].

Недостатком этого способа является то, что при возрастании скорости вращения сваи до определенных пределов возможно превышение температуры на контакте сваи до 100^oC, что ведет к выкипанию поровой влаги и снижению сил смерзания сваи с грунтом.

Известен способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, включающий вращение сваи с одновременным приложением к ней вертикальной вдавливающей нагрузки с образованием кольцевой оттаянной зоны с последующей выдержкой сваи до смерзания оттаянной зоны с трубчатой сваей и с массивом вечномерзлого грунта [2].

Недостатком этого способа является то, что при возрастании скорости вращения сваи до определенных пределов возможно превышение температуры на контакте сваи до 100^oC, что ведет к выкипанию поровой влаги и снижению сил смерзания сваи с грунтом.

Цель изобретения - снижение трудовых и энергозатрат и повышение эффективности погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт.

Предлагаемая совокупность существенных признаков находится в причинно - следственной связи к достигаемому результату.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенный способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", так как оно явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено предписываемых преобразованию характеризуемых отличительным от прототипа существенных признаков, необходимых для достижения указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

Способ реализуют следующим образом:
С помощью бурового станка устанавливают на поверхности грунта трубчатую сваю, прилагают к ней осевую нагрузку и начинают вращать со скоростью, определяемой из соотношения

где ω - скорость вращения сваи, об/мин.;
λ_т - теплопроводность грунта в талом состоянии, Вт/(мс);
tgϕ - коэффициент внутреннего трения грунта в талом состоянии;
ρ_d - плотность грунта в талом состоянии, тс/м³;
Z - глубина погружения сваи, м;
ξ_o - коэффициент бокового давления грунта;
d_св - внешний диаметр сваи, м;
и погружают трубчатую сваю до проектной отметки. В процессе погружения под нижней кромкой сваи грунт оттаивает в объеме, близком к объему внедряемых в него стенок трубчатой сваи. Оттаявший грунт частично разжимается в стороны и частично отжимается наверх. После погружения на заданную глубину свая вмерзает в грунт, после чего на нее можно передавать нагрузку сооружения.

При вращении трубчатой сваи со скоростью ω , превышающей указанное в формуле соотношение

возможно превышение температуры на контакте сваи до 100^oC, что ведет к выкипанию поровой влаги и снижению сил смерзания сваи с грунтом.

Нижний торец трубчатой сваи могут снабдить диаметрально расположенными косынками, длину которых L определяют из соотношения: L=(1^oC2)h, где h - высота косынки, ширину косынки b определяют из соотношения: b= (0,8^oC1,25)b_ст, где b_ст - толщина стенки, высоту косынки h определяют из соотношения: h= (5^oC15)b_ст, а величину выступа h^I,II определяют из соотношения
h^I,II = (0,01^oC0,05) d_ср, где d_св - диаметр сваи.

Нарушение любого из приведенных соотношений ведет к уменьшению эффективности применения способа погружения сваи в мерзлый грунт.

а) Соотношение L= (1^oC2) h обеспечивает надежное прилегание и прикрепление косынки сварным швом к стенке трубы. Уменьшение этого соотношения не обеспечивает надежности прикрепления косынки, а увеличение приводит к нерациональным затратам металла и труда.

б) Соблюдение соотношения b=(0,8^oC1,2)b_ст обеспечивает оптимальный зазор между телом керна грунта внутри сваи и внутренней стенкой сваи при действии внутренней косынки. То же самое имеет место при нарушении этого соотношения, когда косынка находится снаружи сваи. Меньший зазор между стенкой скважины и поверхностью сваи препятствует ее успешному погружению, увеличивая гидравлическое сопротивление вязкой оттаянной грунтовой массы. Больший же зазор и снаружи и изнутри уменьшает несущую способность сваи, т.к. не обеспечивает плотного прилегания поверхности сваи к стенкам скважины и керну сваи в ее нижней части. То есть торец сваи передает нагрузку грунтам неполным сечением, а боковая поверхность передает нагрузку тоже не всей поверхностью, т. к. не целиком смерзается с вечномерзлыми грунтами оснований.

в) Соотношение h=(5^oC15)b_ст обеспечивает прочность и надежность работы выступающего за торец сваи края косынки "зуба". Большее, чем указано соотношение ведет к перерасходу материала, а меньшее не обеспечивает достаточной величины выступающей части косынки.

г) Соотношение h^I,II(0,01-0,05)d_св обеспечивает эффективное разрушение мерзлого грунта по контуру выделяемым в грунт тела стенок сваи не только тепловым, но и механическим воздействием. Уменьшение величины h^I,II приводит к тому, что для эффективного разрушения грунта придется чрезмерно увеличивать продольное усилие подачи. Это в свою очередь потребует увеличения веса и мощности базовой машины. Увеличение величины h^I,II более указанной в соотношении приведет к уменьшению силы трения и влияния теплового фактора в разрушении мерзлого грунта, что в свою очередь отрицательно скажется на прочности смерзания стенок сваи с грунтами оснований и приведет к уменьшению ее несущей способности.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и касается укрепления дамб, защиты портовых сооружений. Задачей изобретения является снижение трудо- и энергозатрат и повышение эффективности погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт. Способ реализуют следующим образом: с помощью бурового станка устанавливают на поверхности грунта трубчатую сваю и прилагают к ней осевую нагрузку, затем начинают вращать с определенной скоростью, величину которой определяют по приведенному соотношению, и погружают трубчатую сваю до проектной отметки. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, включающий вращение сваи с одновременным приложением к ней вертикальной вдавливающей нагрузки с образованием кольцевой оттаянной зоны с последующей выдержкой сваи до смерзания оттаянной зоны с трубчатой сваей и с массивом вечномерзлого грунта, отличающийся тем, что скорость вращения сваи определяют из соотношения

где ω - скорость вращения сваи, об/мин;
λ_т- теплопроводность грунта в талом состоянии, Вт/мс;
tgϕ - коэффициент внутреннего трения грунта в талом состоянии;
ρ_d - плотность грунта в талом состоянии, тс/м³;
Z - глубина погружения сваи, м;
ξ_o - коэффициент бокового давления грунта;
d_с в - внешний диаметр сваи, м. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нижний торец сваи дополнительно снабжают с наружной и внутренней сторон сваи выступающими за ее торец диаметрально расположенными косынками, причем длина косынки L, ее высота h, толщина b и величина выступов h' и h'' соответственно с наружной и внутренней сторон сваи находятся в следующих соотношениях между собой:
L = (1 ^oC 2)h;
b = (0,8 ^oC 1,25)b_с т;
h =(5 ^oC 15)b_с т;
h', h'' = (0,01 ^oC 0,05)d_с в,
где b_с т - толщина стенки трубчатой сваи;
d_с в - диаметр сваи.