ТРУБООБРАЗНАЯ СВАЯ, ЗАКЛЮЧЕННАЯ В БЕТОН, СПОСОБ ЗАБИВАНИЯ СВАИ Российский патент 2004 года по МПК E02D5/30 E02D5/34 E02D7/02 

Данное изобретение относится к трубообразной свае, подлежащей заключению в бетон, при этом свая содержит металлическую свайную трубу, подлежащую забиванию в грунт; отверстие или отверстия в верхнем конце для подачи жидкого бетона внутрь свайной трубы; и на нижнем конце направленный вниз конусный наконечник сваи, диаметр верхнего конца которого больше, чем диаметр свайной трубы, и в зоне которого нижний конец свайной трубы открыт для обеспечения выхода указанного бетона. Изобретение также относится к способу забивания трубообразной сваи в грунт и заключения ее в бетон, при этом трубообразная свая содержит металлическую свайную трубу, имеющую отверстие или отверстия в верхнем конце и в нижнем конце - конусный наконечник сваи, диаметр которого больше, чем диаметр свайной трубы, и в зоне которого нижний конец свайной трубы открыт.

Известно использование забиваемых в грунт свай для улучшения несущей способности фундаментов зданий; при новом строительстве сваи обычно состоят из относительно длинных железобетонных свай и их частей. При консервации, т.е. при усилении фундаментов ранее построенных домов или строений, используют короткие и секционные сваи из-за отсутствия пространства, поскольку забивание свай приходится осуществлять в небольших и низких пространствах внутри здания. В таких ситуациях для забивания свай в грунт используют легкие удары или даже вибрации для исключения слишком сильной тряски и предотвращения повреждения здания над и вокруг свай. Для забивания сваи в указанный грунт ударный элемент может перемещаться вверх и вниз внутри свайной трубы или, в качестве альтернативного решения, удары или вибрации могут прикладываться к верхнему концу сваи. После забивания стальной трубообразной сваи в грунт внутренний объем стальной трубы обычно заполняют бетоном. Для этой цели стальная трубообразная свая как таковая является предпочтительной, поскольку ее просто удлинить, например, с помощью сварки или использования подходящей втулочной муфты и, при забивании в грунт, сопротивление сваи меньше, чем, например, бетонной сваи, благодаря гладкой поверхности стальной сваи. Если наконечник сваи нельзя вбить в скальный грунт или в аналогичную хорошо несущую структуру, то свая должна действовать как фрикционная свая, поддерживая себя относительно слоев грунта вдоль длины сваи. В таких случаях несущая способность стальной трубы незначительна из-за гладкой поверхности, в то время как несущая способность бетонной сваи значительно выше. Это справедливо, например, для глинистого грунта, в котором слой глины может быть очень толстым.

В NO-121440 раскрыта инжекция стабилизирующей массы для забиваемой в грунт фундаментной сваи, состоящей из полностью обычной железобетонной сваи с бетонной поверхностью и обычным скальным наконечником (см., например, стандарт Швеции SIS 911196: 1972-11-20) и канала, проходящего через железобетон сваи, через который вводят стабилизирующую массу в грунт вблизи наконечника сваи. Такую сваю забивают в грунт так же, как обычные стальные скальные сваи, и она не имеет малого сопротивления благодаря поверхности. Обычно используют известь для стабилизации грунта, однако, в этом случае используют бетон, который, вероятно, является цементом, как в публикации ЕР-0539630. Согласно норвежской публикации свайный башмак имеет конец с диаметром, по существу аналогичный диаметру конца свайной трубы, и выступающую более узкую секцию наконечника, и в этой тонкой секции наконечника имеются каналы для инжекции в грунт стабилизирующей массы. Целью является стабилизация грунта вблизи наконечника сваи и, в частности, под ним. Приведена формула для длины наконечника, согласно которой линейный размер L равен (R+r)√3, т.е. на фигуре примерно трем диаметрам секции наконечника и приблизительно диаметру сваи. Трудно разместить эффективную несущую зону в точке наконечника, поскольку площадь, которая предназначена быть несущей, имеет очень ограниченную площадь поверхности. В частности, если слабый несущий грунт продолжается под зоной, содержащей цемент и расположенной под наконечником, то значение этой зоны может быть несущественным или даже вредным.

В ЕР-0539630 А1 раскрыт способ изготовления фундаментной сваи, завинчиваемой в грунт, и после погружения сваи в грунт сначала через винтовой наконечник сваи подают смесь воды и бетонита в передней точке, и после достижения винтового наконечника сваи несущего слоя грунта, - смесь из цемента и воды под высоким давлением, которое больше гидростатического давления, после чего винтоподобный наконечник сваи сильно перемешивает цемент и грунт. Давление подачи цементной смеси очень высокое, вплоть до 500-1000 бар. В результате образуется несущая зона большого диаметра между нижней частью сваи и несущим грунтом. Однако, прежде всего, способ является сложным, поскольку он сначала требует использования бурильной жидкости в виде смеси воды и бетонита и, тем самым, оборудования для замены массы, извлекаемой из наконечника. Дополнительно к этому способ требует использования большого и дорогого оборудования для ввинчивания сваи в грунт, а также для создания высокого давления. При консервации зданий машины такого типа обычно слишком большие для использования, поскольку их просто невозможно разместить в пространстве помещения или подвала. Оба решения, раскрытые в NO-121440 и ЕР-0539630, требуют подачи массы под очень большим давлением, поскольку массу подают в грунт ниже передней поверхности наконечника, где противодавление грунта является максимальным, и необходимо преодолевать противодавление давлением накачивания.

Публикация US-4909673 относится к способу инжекции, согласно которому свайная труба снабжена большим количеством инжекторных отверстий, при этом инжекторные клапаны укреплены в этих отверстиях изнутри сваи, так что трение между сваей и грунтом можно увеличивать посредством инжекции затвердевающего раствора на наружную поверхность стальной сваи. Аналогично указанной выше публикации ЕР, этот способ также требует использования высоких давлений и больших машин. Кроме того, конструкция является слишком сложной и дорогой для использования в небольших рабочих проектах, таких как увеличение несущей способности одного дома или т.д.

Способ, полностью отличный от указанных выше, раскрыт в публикации FI-30911, относящейся к способу изготовления забивной сваи, заключенной в бетон. Согласно этому способу корпус трубообразной сваи снабжен свайным башмаком с открытым верхним концом и с большим поперечным сечением на верхнем конце, чем поперечное сечение корпуса сваи, забивают в грунт, и запрессовывают цементную кашицу или жидкий бетон вдоль полого корпуса сваи через свайный башмак в полость, создаваемую между грунтом и корпусом сваи под действием свайного башмака. Таким образом, согласно этому способу жидкий цемент или бетон вдавливают сверху одновременно и непрерывно с забиванием в создаваемую полость в грунте под низким давлением для непрерывного заполнения полости. В конце забивания заполненное пространство полости герметизируют сверху и выполняют подачу бетона под более высоким давлением. Таким образом, этот способ обеспечивает создание стальной трубообразной сваи с несущим бетонным кожухом с помощью очень простых средств. Однако эта система содержит значительные трудности. При попытке использовать указанную конструкцию было обнаружено, что в большинстве случаев свая не погружается в грунт по прямому пути, а явно имеет тенденцию к изгибанию, так, что на свайную трубу могут воздействовать такие большие силы изгибания, что погружение сваи в грунт прекращается, или свая даже ломается. Хотя в публикации указывается подача цементной или бетонной массы под низким давлением, однако, осуществление этого требует применения машин, которые слишком велики и/или дороги для многих строек.

В публикации GB-2234774 А раскрыт способ создания сваи и способ опоры строительной конструкции. Раскрытая свая содержит трубчатый кожух и расширение или выступ вблизи переднего конца, а также множество отверстий, проходящих через кожух на стороне указанного выступа, причем отверстия сначала закрыты или герметизированы с помощью разрушаемого материала. В публикации ничего не говорится о размерах или соотношениях размеров. Согласно идее этой публикации сначала образуют канал через стену и основание здания с помощью отдельного бурения, после чего раскрытую сваю вводят через предварительно созданный канал и забивают далее в грунт до достижения достаточной глубины. Отверстия в кожухе закрыты, например, клейкой лентой, во время указанных введения и забивания. Наконец, пространство между кожухом и каналом герметизируют текучей цементной смесью или кашицей, которую пропускают под большим давлением через кожух, при этом на этой стадии крышки или покрытия отверстий разрушаются, позволяя кашице проходить вверх через отверстие, образованное выступом, тем самым прикрепляя кожух к конструкции здания. Предложенный способ и свая имеют несколько недостатков. Во-первых, усилие, необходимое для забивания сваи в грунт, является слишком большим, что означает необходимость применения больших, тяжелых и дорогих машин. Во-вторых, стенки отверстия, образованного выступом в грунте, легко осыпаются, что делает невозможным заполнение зазора между кожухом и грунтом цементной смесью. Наконец, такая подача под давлением цементной смеси также требует применения тяжелых, дорогих и потребляющих много энергии машин.

Задачей данного изобретения является создание металлической, обычно стальной, сваи, например, трубообразной сваи, наружная поверхность которой при забивании в грунт может быть заключена в затвердевающую массу, такую как бетон, без применения сложных, дорогих и/или больших машин, так, чтобы несущая способность готовой сваи с бетонной поверхностью была бы, по меньшей мере, равна несущей способности предварительно изготовленных бетонных свай. Другой задачей изобретения является создание металлической сваи, например, трубообразной сваи, которая требует минимальной мощности при забивании в грунт, соответствующей максимальной мощности, необходимой для забивания в грунт прямой стальной трубообразной сваи. Третьей задачей изобретения является создание металлической сваи, например, трубообразной сваи, которая при забивании в грунт не проявляет тенденции к отклонению в направлении, которое не находится на одной прямой линии с заданным направлением, по меньшей мере не во вредном размере. По меньшей мере в целом, свая должна оставаться прямой. Четвертой задачей изобретения является создание сваи указанного типа, имеющей простую конструкцию и преимущественную стоимость изготовления и использования. Пятой задачей изобретения является создание способа забивания такой металлической сваи в грунт и заключения в бетон, который можно осуществлять даже в тесных местах и при различных типах грунта. Еще одной задачей изобретения является создание такого метода, который обеспечивает, например, создание трубообразной сваи с хорошей несущей способностью в различных типах грунта. Таким образом, задачей изобретения является создание сваи и способа забивания сваи, соединяющих простоту установки стальной трубообразной сваи и хорошее сцепление бетона сваи с грунтом.

Поставленная задача решается посредством трубообразной сваи, подлежащей заключению в бетон, содержащей металлическую свайную трубу для забивания в грунт; отверстие или отверстия на верхнем конце свайной трубы для подачи бетонной массы во внутреннее пространство свайной трубы; и на нижнем конце свайный башмак, содержащий продольную секцию наконечника с, по существу, равномерной шириной и бугелем на верхнем конце, диаметр которого больше диаметра свайной трубы, при этом зона свайного башмака снабжена сквозными отверстиями для обеспечения выхода бетонной массы, причем согласно изобретению в свайном башмаке максимальный диаметр бугеля, по существу, больше наружного диаметра указанной свайной трубы, и расстояние точки, соответствующей указанному максимальному диаметру бугеля, от режущей кромки секции наконечника, по меньшей мере, в семь раз больше наружного диаметра свайной трубы, а бугель содержит наружную поверхность, по меньшей мере, частично, конусно сужающуюся в направлении указанной режущей кромки, и бугель содержит выступающую вверх наружную кромку, образующую открытое вверх углубление, окружающее свайную трубу или ее удлиненный конец.

Целесообразным является то, что проточные отверстия расположены над самым нижним открытым вверх основанием бугеля, окружающим свайную трубу или ее удлиненный конец, и что они проходят через периферийную поверхность указанного свайного башмака, и/или указанную свайную трубу, и/или удлиненный конец свайной трубы для прохождения наружу бетонной массы при забивании сваи в грунт, и что отверстия открыты наружу свайной трубы в радиальных направлениях.

Предпочтительным является то, что указанный удлиненный конец свайной трубы выполнен в виде соединительной части, проходящей от верха бугеля ниже указанного бугеля, при этом верхний диаметр указанной соединительной части больше ее нижнего диаметра.

Также предпочтительным является то, что наружный диаметр указанного углубления бугеля, по существу, больше наружного диаметра указанной соединительной части или наружного диаметра свайной трубы, и что сквозные отверстия, по меньшей мере частично, расположены на уровне наружной кромки бугеля или в пределах высоты углубления.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения наружный диаметр секции наконечника максимально равен наружному диаметру свайной трубы, при этом секция наконечника состоит из металлической штанги или металлической трубы, и расстояние между режущей кромкой и точкой, соответствующей максимальному диаметру бугеля, в десять раз больше наружного диаметра свайной трубы.

Секция наконечника с режущей кромкой в зоне режущей кромки закрыта режущим инструментом, выполнена в виде металлической трубы и содержит либо часть свайной трубы, либо трубчатый элемент, прикрепленный к бугелю или к части соединительной части.

Целесообразным является то, что секция наконечника выполнена в виде металлической штанги и содержит либо отрезок штанги, закрепленный в полости в бугеле, либо секцию соединительной части.

Предпочтительным является то, что бугель дополнительно содержит или сквозное отверстие, диаметр которого соответствует наружному диаметру режущего элемента для прохождения свайной трубы или соединительной части, или направленный вверх выступ, внутренний диаметр или наружный диаметр которого выполнен с возможностью размещения конца свайной трубы.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения соединительная часть или бугель, соответственно, содержат в своей верхней части внутреннюю или наружную выемку для размещения нижнего конца свайной трубы и канал, проходящий из внутреннего пространства свайной трубы, по меньшей мере, до сквозных отверстий, и соединительная часть содержит опорную поверхность, верхний диаметр которой больше диаметра отверстия бугеля для опоры в дно бугеля, и соединительная часть состоит из детали, составляющей единое целое с секцией наконечника.

Бугель или соединительная часть дополнительно содержат соединительные элементы для соединения между свайной трубой и бугелем или соединительной частью.

Целесообразным является то, что свайная труба состоит из трубных секций и из соединительных деталей или соединений, соединяющих их, и что наружная поверхность свайной трубы снабжена зацепами для бетона.

Также поставленные задачи решаются посредством способа забивания трубообразной сваи в грунт и заключения ее в бетон, при этом трубообразная свая содержит металлическую свайную трубу, верхний конец которой снабжен отверстием или отверстиями, и нижний конец которой снабжен конусным свайным башмаком, диаметр которого больше диаметра свайной трубы, и в зоне которого открыт нижний конец свайной трубы, причем согласно изобретению способ содержит стадии, в которых:

свайный башмак прикрепляют к нижнему концу свайной трубы, подлежащей забиванию в грунт, для создания трубообразной сваи, при этом свайный башмак содержит:

продольную секцию наконечника с, по существу, равномерной шириной и снабженную бугелем внутри расстояния от режущей кромки, при этом указанное расстояние, по меньшей мере, в пять раз больше наружного диаметра свайной трубы, и максимальный диаметр которого, по существу, больше наружного диаметра свайной трубы, и радиальными сквозными отверстиями над бугелем;

забивают свайную трубу в грунт посредством импульсной силы;

заполняют внутреннее пространство свайной трубы бетонной массой, состоящей из гидравлически затвердевающего связующего вещества, каменного материала в качестве наполнителя и воды;

забивают свайную трубу глубже в грунт с использованием импульсной силы так, что бетонная масса проходит через сквозные отверстия вокруг свайной трубы и вверх в полость, образованную в грунте свайным башмаком;

добавляют указанную бетонную массу во внутреннее пространство свайной трубы; и

забивают трубообразную сваю дальше в грунт посредством импульсной силы попеременно с добавлением бетонной массы во внутреннее пространство свайной трубы.

Целесообразным является то, что способ дополнительно содержит стадии, в которых:

первую трубную секцию, забитую, по меньшей мере, частично в грунт, удлиняют второй трубной секцией с использованием соединений или соединительных деталей;

удлиняют свайную трубу дополнительными трубными секциями в соответствии с заданной глубиной забивания и забивают трубообразную сваю дальше в грунт посредством импульсной силы попеременно с, по меньшей мере, частичным добавлением указанной бетонной массы во внутреннее пространство свайной трубы, пока режущая секция свайной трубы не достигнет заданной глубины в грунте; и

оставляют затвердевать бетонную массу как вокруг свайной трубы, так и во внутреннем пространстве свайной трубы для получения готовой трубообразной бетонной сваи.

Предпочтительным является то, что бетонную массу подают во внутреннее пространство свайной трубы без существенно повышенного давления, и что указанную импульсную силу создают посредством ударов и/или вибраций, и ее максимальное значение таково, что во внутреннем пространстве свайной трубы возникают импульсы давления, при этом эти импульсы имеют величину, по меньшей мере, 10 бар и предпочтительно, по меньшей мере, 15 бар, и длительность максимально 50 мс, обычно 0,1-15 мс, и предпочтительно как можно короче.

Также предпочтительным является то, что способ дополнительно содержит стадии, в которых при необходимости:

трубообразную сваю забивают в грунт посредством импульсной силы на определенную глубину;

добавляют некоторое количество бетонной массы во внутреннее пространство свайной трубы и забивают трубообразную сваю в грунт до достижения заданной глубины;

часть между верхней поверхностью слоя бетонной массы и поверхностью грунта вокруг трубообразной сваи заполняют каменным материалом или аналогичным материалом; и свайную трубу снова заполняют бетонной массой и попеременно забивают в грунт посредством импульсной силы, пока режущая секция трубообразной сваи не достигнет заданной глубины в грунте; и остаток внутреннего пространства свайной трубы заполняют бетоном.

Неожиданным образом было установлено, что снабжение нижнего конца сваи, который первым забивается в грунт, свайным башмаком, имеющим бугель, диаметр которого больше диаметра сваи, и относительно длинной секцией наконечника, выступающей из бугеля в направлении погружения сваи, т.е. вниз, и расположение выхода отверждаемой массы из внутреннего пространства свайной трубы через отверстия по периметру поверх точки контакта бугеля и свайной трубы, обеспечивают достаточно прямое погружение сваи в грунт с помощью ударов или вибраций, независимо от качества грунта. Кроме того, неожиданным образом было установлено, что затвердевающая масса проходит эффективно и быстро через отверстия по периметру из внутреннего пространства металлической свайной трубы в полость, созданную вокруг свайной трубы бугелем только под действием погружающих ударов и/или погружающих вибраций сваи, так что нет необходимости в использовании давления для подачи затвердевающей массы на верхнем конце свайной трубы над поверхностью земли, а можно просто наливать массу внутрь свайной трубы. Сила, необходимая для забивания трубообразной сваи в грунт, является небольшой, а несущая способность готовой трубообразной сваи, заключенной в бетон и заполненной бетоном, является высокой, когда она действует как фрикционная свая по всей своей длине или на заданной части своей длины. Кроме того, преимуществом изобретения является то, что нет необходимости в установке сложных средств на верхнем конце свайной трубы для обеспечения одновременной подачи затвердевающей массы и приложения погружающих ударов или вибраций, поскольку согласно изобретению эти стадии выполняют раздельно. Улучшенная конструкция сваи и способ установки согласно изобретению очень хорошо подходят для ремонта фундаментов зданий, однако, изобретение не ограничено этим применением. Изобретение можно использовать для свай, погружаемых в грунт как с помощью забивания, так и с помощью вибраций.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1А-1Н - различные стадии выполнения способа согласно изобретению с использованием сваи-оболочки и свайного башмака с длинной секцией наконечника, на виде сбоку перпендикулярно уровню земли;

фиг.2 - первый вариант выполнения конструкции готовой сваи, выполненной в грунте с помощью сваи и способа, согласно изобретению, аналогично фиг.1А-1Н;

фиг.3 - второй вариант выполнения конструкции готовой сваи, выполненной в грунте с помощью сваи и способа, согласно изобретению, аналогично фиг.2;

фиг.4А - продольный разрез по линии II-II на фиг.4В первого варианта выполнения свайного башмака согласно изобретению, прикрепленного к свайной трубе;

фиг.4В - продольный разрез по линии II-II на фиг.4А первого варианта выполнения свайного башмака согласно изобретению, прикрепленного к свайной трубе;

фиг.5А - продольный разрез по линии III-III на фиг.5В второго варианта выполнения свайного башмака согласно изобретению, прикрепленного к свайной трубе;

фиг.5В - продольный разрез по линии IV-IV на фиг.5А второго варианта выполнения свайного башмака согласно изобретению, прикрепленного к свайной трубе;

фиг.6А - продольный разрез по линии V-V на фиг.6В третьего варианта выполнения свайного башмака согласно изобретению, прикрепленного к свайной трубе;

фиг.6В - продольный разрез по линии VI-VI на фиг.6А третьего варианта выполнения свайного башмака согласно изобретению, прикрепленного к свайной трубе;

фиг.7 - продольный разрез, аналогичный фиг.4А-6А, четвертого варианта выполнения свайного башмака согласно изобретению, прикрепленного к свайной трубе; и

фиг.8А-8С - три разных муфты согласно изобретению для удлинения свайной трубы в виде продольных разрезов свайной трубы, аналогичных фиг.4А-6А и 7.

Изобретение относится к трубообразной свае 40, подлежащей заключению в бетон, при этом ствол, содержащий свайную трубу, обозначен в целом позицией 2. Только когда необходимо отделять различные части или секции свайной трубы друг от друга, используются индивидуальные позиции 2а, 2b, 2с и т.д. Общая позиция 2 относится к ним всем. Таким образом, трубообразная свая 40 содержит металлическую свайную трубу 2, выполненную обычно из стального трубчатого материала, подлежащую забиванию или введению в грунт, которая, как будет описано ниже, может состоять из одной или нескольких свайных секций 2а, 2b, 2с и т.д. В данном описании понятия "нижний конец", "вниз", "внизу" и т.д. относятся к направлению, в котором погружается свая, или к положению в направлении, в котором забивается конец; и, соответственно, понятия "верхний конец", "вверх", "вверху" и т.д. относятся к положению конца сваи, остающегося над землей или направленного вверх от поверхности земли. Обычно сваи 40 забивают в грунт в вертикальном или близком к вертикальному положении, как показано на фиг.1А-3, так что направления и стороны, указанные выше, являются либо верхними, либо нижними, однако, их следует понимать по отношению к центральной оси 31 сваи, образующей угол, значительно отклоняющийся от прямого угла, относительно горизонтального уровня или уровня, определяющего поверхность 32 земли; отклонение может составлять десятки угловых градусов.

Поперечное сечение свайной трубы 2 обычно соответствует обычной круглой стальной трубе, а также, естественно, трубе с другим поперечным сечением, таким как квадратное, шестигранное или прямоугольное. Наружный диаметр D2 свайной трубы может составлять, независимо от формы поперечного сечения, например, 25-1500 мм, предпочтительно между минимально 40 мм и максимально 300 мм, и обычно между минимально 50 мм и максимально 200 мм. Толщина стенки свайной трубы 2 может составлять 1-20 мм в зависимости от наружного диаметра свайной трубы, предпочтительно минимально 3 мм и максимально 15 мм, и обычно минимально 5 мм и максимально 12 мм. Внутренний диаметр свайной трубы, естественно, меньше наружного диаметра на величину, соответствующую толщине стенки, и он образует внутреннее пространство 12 свайной трубы, по которому проходит бетонная масса В от верхнего конца 29 к проточным отверстиям 7. Длины свайных секций 2а, 2b, 2с и т.д. свайной трубы 2, подлежащих соединению друг с другом, меньше высоты пространства, внутри которого трубообразную сваю 40 забивают в грунт, так, что длины L2 свайных секций 2а, 2b, 2с и т.д. часто равны минимально 0,5 м и максимально 3 м, обычно 1-2,5 м. Если имеется достаточное пространство, то можно, естественно, использовать также более длинные свайные секции, например, длиной 6 м или более. При необходимости наружная поверхность свайной трубы 2 снабжена зацепами 30, такими как закрепленные сваркой отрезки стальной полосы или по-другому выполненные элементы, для улучшения взаимного сцепления между затвердевающим бетоном В и свайной трубой. Хотя обычный и предпочтительный варианты выполнения изобретения относятся к консервации и повторному укреплению существующих конструкций, таких как фундаменты домов, мостов, дорог и других неподвижных конструкций, сваю согласно изобретению можно также использовать в других случаях, таких как новое строительство, а также в качестве грунтовых якорей и грунтовых гвоздей.

Верхний конец свайной трубы 2 трубообразной сваи 40, остающийся над поверхностью 32 земли или, по меньшей мере, вблизи поверхности 32 земли, и таким образом направленный в наружное пространство, включает отверстие или отверстия 29 для подачи жидкой бетонной массы во внутреннее пространство 12 свайной трубы. В простейшем виде отверстие 29 свайной трубы 2 является всего лишь открытым концом трубы, в который заливают жидкую бетонную массу, как показано на фиг.1В, 1D и 1G. В качестве альтернативного решения верхний конец свайной трубы может быть снабжен отверстием или отверстиями 29 по периметру трубы и/или на основании для забивания, которое можно реализовать на верхнем конце трубы для передачи силы F, забивающей сваю в грунт, и которое не изображено на чертежах. Такое основание для забивания может состоять, например, из соединительных участков 21 для секций трубы или из других участков, прикрепляемых и снимаемых с конца свайной трубы, защищающих конец свайной трубы от повреждения и деформации и распределяющих силу F, воздействующую желаемым образом на свайную трубу, и забивающую трубообразную сваю 40 в грунт.

Нижний конусный свайный башмак 1 согласно изобретению, имеющий больший наружный диаметр D1, предусмотрен на нижнем конце трубообразной сваи 40; при этом свайная труба и, в частности, ее внутреннее пространство 12 открыты в направлении зоны свайного башмака 1 для обеспечения выхода бетонной массы В. Свайный башмак 1 согласно изобретению содержит продольную секцию 3 наконечника, имеющую по существу постоянную ширину, т.е. наружные поперечные размеры вдоль ее длины, режущую кромку 10 на нижнем конце и бугель 6 на верхнем конце, максимальный диаметр D1 которого по существу больше, чем наружный диаметр D2 свайной трубы. Максимальный диаметр D1 бугеля образует полость М в грунте или пространство Т вокруг свайной трубы для бетонной массы В. Обычно стремятся расположить слой бетона заданной толщины вокруг свайной трубы, при этом толщина слоя составляет примерно половину разницы между максимальным диаметром D1 свайного башмака и наружным диаметром D2 свайной трубы. Таким образом, желаемая толщина w_в бетона определяется толщиной W в направлении радиуса полости Т, окружающей свайную трубу, при этом толщина W обеспечивается заданным максимальным диаметром D1 свайного башмака по отношению к наружному диаметру свайной трубы, т.е. W=(D1-D2)/2. Желаемая толщина слоя на поверхности свайной трубы обычно равна минимально 5 мм и максимально 200 мм, обычно минимально 15 мм и максимально 100 мм, предпочтительно от 30 до 50 мм. Разница W между максимальным диаметром D1 свайного башмака и наружным диаметром D2 свайной трубы, как указывалось выше, равна по меньшей мере 10-400 мм. Следует отметить, что в трубообразной свае, согласно изобретению, при использовании свайного башмака, согласно изобретению, и способа, согласно изобретению, разница между диаметрами свайного башмака и свайной трубы, т.е. толщина W в радиальном направлении и номинальная толщина w_b слоя бетона не точно равны друг другу в реальном грунте М в силу различных причин. Номинальная толщина w_b слоя бетона, окружающего стальную свайную трубу, и тем самым максимальный диаметр D1 бугеля, могут быть также пропорциональными наружному диаметру D2 свайной трубы посредством выбора максимального диаметра D1 в 1-4 раза больше или предпочтительно в 1,5-2,5 раза больше наружного диаметра D2 свайной трубы. Следует учитывать, что если формы поперечного сечения свайной трубы 2 и бугеля 6 являются различными, как в случае варианта выполнения, показанного на фиг.5А и 5В, и в варианте выполнения, показанном на фиг.6А и 6В, то производная толщина W и номинальная толщина w_b бетона отличаются на разных сторонах сваи. Аналогичным образом, необходимо учитывать, что в зависимости от качества и изменений качеств грунта М, таких как слоистость или негомогенность, реальная толщина w_b слоя бетона изменяется в продольном направлении сваи, т.е. в направлении центральной оси 31, как показано на фиг.1А-3.

Бугель согласно изобретению может быть по существу цилиндрическим в направлении центральной оси сваи, как на фиг.6А. Однако бугель 6 согласно изобретению имеет наружную поверхность 8, которая, по меньшей мере, частично сужается или конусно сужается в направлении режущей кромки 10, как четко показано на фиг.4А, 5А и 7. Эта наружная поверхность может иметь форму ствольного конуса или пирамиды или иметь другую конусную форму, так, чтобы боковая линия в продольном разрезе через центральную ось 31 сваи, согласно фиг.4А, 5А, 6А и 7, была прямой линией, выгнутой или вогнутой линией, ступенчатой линией с острыми или закругленными углами или любой другой линией. Однако согласно изобретению ствольный конус или пирамида с прямыми или изогнутыми боковыми линиями, или их комбинациями, являются предпочтительными, поскольку с помощью них слой грунта, ограниченный пространством полости Т, образованной вокруг свайной трубы 2 трубообразной сваи 40, получается компактным более эффективным образом и, по-видимому, с помощью более низкой силы F, забивающей сваю в грунт, чем если бы боковая линия не образовывала по существу конусную линию в бугеле в направлении режущей кромки. Поэтому считается, что варианты выполнения согласно фиг.4А, 5А и 7 являются более предпочтительными, чем вариант выполнения согласно фиг.6. Форма поперечного сечения бугеля относительно центральной оси 31 сваи может изменяться в широких пределах в продольном сечении. Поперечное сечение может быть овальным или круглым, как на фиг.4В, прямоугольным или квадратным, как на фиг.5В; снабженным выступами, как на фиг.6В; или может иметь любую другую симметричную форму относительно одной или нескольких продольных плоскостей, обычно проходящих через центральную ось 31. Таким образом, форма поперечного сечения свайного башмака 1 не обязательно должна быть идентичной форме поперечного сечения свайной трубы 2. Однако максимальный диаметр D1 свайного башмака должен соответствовать указанным выше условиям в любой точке по периметру свайной трубы. Например, как показано на фиг.6В, оба максимальных диаметра D1, отличающиеся друг от друга, должны быть значительно больше, чем наружный диаметр свайной трубы. Следует, в частности, отметить, что эта конусная форма бугеля 6 является отдельным признаком, независимым от конусной формы конца свайного башмака 1.

Согласно специальному признаку изобретения расстояние L1 в точке R, соответствующей максимальному диаметру D1 бугеля 6 от указанной режущей кромки 10, по меньшей мере, в пять раз больше наружного диаметра D2 сваи, так, что секция 3 наконечника с принципиально одинаковыми или линейными наружными размерами по ее длине расположена между бугелем и режущей кромкой 10. Согласно существующим в настоящее время представлениям секция 3 наконечника, расположенная между режущей кромкой и бугелем и проходящая вниз от бугеля 6, при этом секция наконечника не заключается в бетон во время забивания трубообразной сваи 40 в грунт, направляет всю трубообразную сваю по прямой, поскольку она самостоятельно удерживается, например, во время передачи ударов по свае или вибраций на грунт М он плотно окружает свайный башмак 1 и, в частности, секцию 3 наконечника. Еще более эффективное направление свайной трубы 2 и ее секций 2а, 2b и т.д. обеспечивается при выборе расстояния L1 между точкой R, соответствующей максимальному диаметру бугеля, и режущей кромкой, т.е. длины секции наконечника и части бугеля, по меньшей мере в семь раз, и предпочтительно в десять раз больше наружного диаметра D2 свайной трубы. Длина L3 сужающейся или конусной поверхности 8 бугеля 6 составляет максимально 40% и обычно менее 30% от длины L1 между точкой R максимального диаметра бугеля и режущей кромкой 10. Расстояние L1 составляет, например, между 30 см и 1 м, обычно 0,5 м или более.

Форма поперечного сечения секции 3 наконечника может изменяться в широких пределах, так, например, она может быть круглой, овальной, многоугольной, в виде звезды, сетчатой и т.д., однако, предпочтительной является форма, которая симметрична относительно одной или нескольких продольных плоскостей, проходящих через центральную ось 31. Секция 3 наконечника может содержать металлическую штангу и металлическую трубку, изготовленные из прочного материала. Указанная секция 3 наконечника состоит, например, из секции 2’ свайной трубы 2, как показано на фиг.7; или из участка 11 трубы, прикрепленного к бугелю 6, как показано на фиг.6А; или части 17 соединительной части 4, которая подробнее описана ниже; или отрезка 18 штанги, закрепленного в выемке бугеля 6. В варианте выполнения согласно фиг.7 свайная труба 2 проходит, таким образом, через отверстие 16 в бугеле, при этом часть 2’, проходящая ниже бугеля, образует секцию наконечника. В этом случае бугель присоединен к свайной трубе и тем самым к секции наконечника, при этом места сварки образуют соединительные элементы 15а. Бугель может быть также соединен с помощью заклепок, винтов или болтов, проходящих через бугель и свайную трубу, или с помощью других крепежных средств. В показанном на фиг.6А варианте выполнения секция 11 трубы расположена ниже бугеля 6 до выступающего пальца 33 и при необходимости приварена к бугелю с использованием мест сварки в качестве соединительных элементов 15а. В показанном на фиг.5А варианте выполнения отрезок 18 штанги расположен в полости 34 в бугеле и при необходимости приварен к бугелю с использованием мест сварки в качестве соединительных элементов 15а. Если отрезок трубы сидит достаточно плотно на пальце 33, или если отрезок штанги входит достаточно плотно в полость 34, то сварка не требуется. Наружный диаметр D3 секции наконечника, предпочтительно, максимально равен наружному диаметру D2 свайной трубы, однако, в некоторых случаях можно использовать более широкую секцию 3 наконечника, наружный диаметр D3 которой, однако, значительно меньше, чем максимальный диаметр D1 бугеля. Таким образом, обычно наружный диаметр D3 секции наконечника меньше диаметра свайной трубы, и главный наружный диаметр секции 3 наконечника изменяется по ее длине максимально в пределах 30% от разницы диаметров (D1-D3) секции наконечника и бугеля, но обычно максимально на 10% указанной разницы. Главный диаметр определяется формой, которая задана комбинацией частей секции наконечника, которые образуют более половины периметра секции наконечника. Секцию наконечника следует рассматривать как имеющую по существу равномерную ширину, хотя она имеет опорные фланцы 35, выступающие в направлении центральной оси 31, как показано штриховыми линиями на фиг.6А, или другие аналогичные части, которые обычно перекрывают только часть периметра секции наконечника, и/или режущий элемент 9 наконечника содержит слегка выступающую часть 36, как показано на фиг.6А.

Согласно изобретению свайный башмак 1, кроме того, включает сквозные отверстия 7 над самым нижним свободным сверху основанием 24 бугеля 6, окружающие свайную трубу или ее удлиненный участок и проходящие через периферийную поверхность 13, 22, 23 указанного свайного башмака 1, и/или свайной трубы 2, и/или удлинения свайной трубы, для выхода бетонной массы В. Понятие свободное сверху основание относится к поверхности, поперечной центральной оси сваи, которая расположена снаружи от наружного диаметра D2 свайной трубы 2, и площадь которой не ограничена площадью поперечного сечения свайной трубы. Сквозные отверстия 7 постоянно открыты со стороны внутреннего пространства 12 свайной трубы наружу от свайной трубы в радиальных направлениях. Бугель может содержать преимущественно плоское свободное сверху основание 24, как показано на фиг.6А, однако бугель 6 включает предпочтительно поднятую вверх наружную кромку 25, образующую открытое углубление 5, окружающее свайную трубу 2 или ее удлиненный конец, такой как соединительная часть 4. В этом случае открытое вверх свободное основание 24 состоит из основания углубления 5, как показано на фиг.4А, 5А и 7, а основание 24 соединяет в этом случае указанную периферийную поверхность 13, 22, 23 и бугель или его поднятую вверх наружную кромку 25 снаружи сквозных отверстий 7. В показанном на чертежах варианте выполнения основание 24 является плоским, однако, оно может иметь также любую другую форму. Радиальные сквозные отверстия могут быть круглыми или удлиненными, как показано на чертежах, и они обычно равномерно распределены на указанной периферийной поверхности. Количество сквозных отверстий равно по меньшей мере двум, однако, обычно имеется 3-5 отверстий, расположенных примерно на одной высоте. Если сквозные отверстия 7 расположены на нескольких высотах для увеличения перемычки между отверстиями, как на фиг.5А и 7, то общее количество отверстий может быть больше. Суммарная площадь поперечного сечения сквозных отверстий меньше площади поперечного сечения внутреннего пространства 12 свайной трубы, так, что она может составлять менее 90%, менее 70%, менее 50% или даже менее 30% площади поперечного сечения внутреннего пространства 12 сваи. Диаметр отверстий может составлять, например, 10-100 мм. Внутренний наружный диаметр D5 углубления 5 бугеля значительно больше верхнего диаметра D4 следующей соединительной части или наружного диаметра D2 свайной трубы, так что толщина поднятой вверх кромки 25 бугеля небольшая. Сквозные отверстия 7 предпочтительно расположены, по меньшей мере, частично в плоскости наружной кромки 25 бугеля или внутри высоты HI углубления 5. Высота HI углубления относится в данном случае к расстоянию между основанием 24 и поднятой вверх кромкой 25. Эта конструкция, с помощью которой для потока V бетона обеспечивается лишь незначительное изменение направления или изменение направления по плоской кривой, обеспечивает, по мнению изобретателей, более эффективное прохождение бетонной массы В из внутреннего пространства 12 свайной трубы в полость Т в грунте М, образованную бугелем, во время забивания или погружения с помощью вибраций сваи в грунт. Таким образом, бетонная масса, т.е. цементный раствор, переходит, по меньшей мере, в сквозные отверстия 7 и наиболее вероятно также выходит из них в полость Т главным образом от центра вверх. Секция 3 наконечника, возможный режущий инструмент 9 и наружная поверхность 8 бугеля 6 от нижней части до наружной кромки 25 или аналогичная другая наружная поверхность являются сплошными, т.е. они не содержат отверстий для бетонной массы, так что раствор В проходит только над бугелем.

Указанный удлиненный конец свайной трубы является соединительной частью 4, проходящей от верха бугеля вниз, с помощью которой бугель 6 соединен со свайной трубой 2, как показано на фиг.4А. Для этой цели верхний наружный диаметр D4 верхней части соединительной части больше нижнего наружного диаметра D3. Разница между диаметрами образует направленную вниз опорную поверхность для соединительной части. Бугель, в свою очередь, снабжен сквозным отверстием 16 для прохождения соединительного элемента. В этом случае опорная поверхность 14 соединительного элемента, верхний диаметр D4 которой больше диаметра D6 отверстия 16 в бугеле, опирается на основание 15 бугеля. В этом случае соединительная часть 4 содержит в своей верхней части внутреннюю выемку 26а для размещения нижнего конца свайной трубы 2 и канал 27, который проходит от внутреннего пространства 12 свайной трубы, по меньшей мере, до сквозных отверстий 7, при этом поперечное сечение канала 27 предпочтительно соответствует поперечному сечению потока внутреннего пространства 12. Соединительная часть 4 состоит либо из того же отрезка, что и секция 3 наконечника, как показано на фиг.4А, или, в качестве альтернативного решения, из секции наконечника и опорного участка, соединенных друг с другом. В качестве альтернативного решения, соединительная часть может быть снабжена наружным углублением или выступом для крепления свайной трубы, аналогично показанному на фиг.5А с использованием бугеля 6.

На нижнем конце свайная труба 2 может быть присоединена либо к бугелю 6 и секции 3 наконечника с использованием соединительной части 4, как описано выше, либо непосредственно с бугелем. Для соединения со свайной трубой в варианте выполнения, показанном на фиг.7, бугель содержит сквозное отверстие 16, диаметр D6 которого соответствует наружному диаметру D3 секции наконечника, который в этом случае равен наружному диаметру D2 свайной трубы, для прохождения свайной трубы. В варианте выполнения, показанном на фиг.5А, бугель 6 содержит направленный вверх выступ 19, наружный диаметр D8 которого выполнен с возможностью приема конца свайной трубы 2. Кроме того, может быть выполнена периферийная выемка 26b в точке перехода указанного выступа 19 в основание 24 углубления 5 для обеспечения устойчивости конца свайной трубы, например, при воздействии изгибающих усилий, подобно тому, как это описано в предшествующем патенте заявителя FI-81415. В показанном на фиг.6 варианте выполнения бугель снабжен направленным вверх выступом 19 с периферийной выемкой 26а, внутренний диаметр D7 которой выполнен с возможностью размещения конца свайной трубы 2. В этом случае также бугель 6 включает канал 27, проходящий от внутреннего пространства 12 свайной трубы, по меньшей мере, до проточных отверстий 7.

Бугель 6 или соединительная часть 4, описанные выше, дополнительно содержат первые соединительные элементы 15а, такие как места сварки между бугелем или соединительной частью и свайной трубой, или же вторые соединительные элементы 15b, такие как винты, заклепки или болты, проходящие через бугель или соединительную часть и свайную трубу; или третьи соединительные элементы 15с, такие как обжимное соединение, описанное в предыдущем патенте FI-81415, или любое другое обжимное соединение, или же поперечные канавки для сцепления между свайной трубой 2 и бугелем 6 или соединительной частью 4. Обжимное соединение согласно указанному патенту можно применять с использованием штыревой части для свайной трубы, как в указанной публикации, или обратной структуры, в которой предусмотрен гнездовой элемент для конца свайной трубы 2. Можно использовать, естественно, резьбовое соединение, показанное на фиг.8, для соединения конца свайной трубы 2 с бугелем 6 или соединительной частью 4 посредством применения его в этой точке между бугелем или соединительной частью и свайной трубой.

Как указывалось выше, свайная труба 2 состоит из нескольких трубных секций 2а, 2b, 2с и т.д. Трубные секции соединены друг с другом, например, с помощью соединительных деталей 21 или соединений 20. Соединительные детали могут содержать втулки согласно фиг.8А и 8В, в которые входят трубные секции свайной трубы. При необходимости, такое соединение может быть зафиксировано с помощью винтов или заклепок 38 между соединительной деталью и трубной секцией, как показано на фиг.8А, или с помощью сварки между втулкообразной соединительной деталью и трубными секциями, или же с помощью соответствующего обжимного соединения, как в патенте заявителя FI-81415, за исключением того, что используется гнездовой элемент, т.е. втулкообразное соединение, как показано на фиг.8В, или же любой другой вид обжимного соединения, или с помощью поперечных канавок в трубных секциях и в соединительной детали. В качестве альтернативного решения, соединение 20 снова состоит из сварки между концами трубных секций 2а и 2b, 2с и т.д., как показано на фиг.8С. Вообще возможно также использование штыревого элемента, входящего внутрь трубных секций, однако, это имеет небольшой недостаток, заключающийся в том, что площадь поперечного сечения внутреннего пространства 12 свайной трубы в этой точке уменьшается.

Ниже приводится описание способа, согласно изобретению, забивания трубообразной сваи в грунт М и заключения ее в бетон. Сначала собирают свайный башмак из его возможных элементов с использованием необходимых средств на площадке для забивания свай или, в качестве альтернативного решения, на заводе-изготовителе, и затем свайный башмак 1 прикрепляют к нижнему концу свайной трубы 2, подлежащей забиванию в грунт, так что получают готовую к использованию трубообразную сваю 40, в которой сквозные отверстия 7 для бетонной массы В изначально открыты, т.е. они не закрыты, так что возможен беспрепятственный проход бетонной массы с начала забивания сваи без необходимости подачи бетона под давлением. После этой стадии трубообразную сваю помещают в желаемую точку и положение относительно грунта М и его поверхности 32, и затем забивают трубообразную сваю в грунт, согласно фиг.1, с использованием импульсной силы или любой другой соответствующей силы F, имеющей частоту. Устройство, с помощью которого создается сила F посредством ударов или вибраций, не показана на чертежах, поскольку оно может быть любого подходящего типа. После погружения трубообразной сваи в грунт на заданное расстояние, внутреннее пространство 12 свайной трубы заполняют жидким раствором, т.е. бетонной массой В, состоящей из гидравлически затвердевающего связующего вещества, каменного материала в качестве наполнителя, а также воды и возможных добавок или т.п. Наиболее часто используемым гидравлически затвердевающим связующим веществом является цемент, однако, можно также использовать печной шлак, другие соответствующие связующие вещества или их комбинации. В этом случае достаточно заполнить без давления внутреннее пространство 12 свайной трубы 2, например, посредством простого заливания, как показано на фиг.1В, 1D и 1G, и нет необходимости выдавливать бетонную массу В из сквозных отверстий 7. Затем свайную трубу забивают глубже в грунт М посредством указанной импульсной силы F согласно фиг.1С, так что бетонная масса течет в направлении обозначенных на чертеже потоков при увеличении текучести бетонной массы через изначально открытые сквозные отверстия 7 из внутреннего пространства свайной трубы 2 и вокруг нее и, вероятно, в некоторой мере вверх в полость Т, образованную в грунте свайным башмаком 1. Предполагается, что импульсная сила F увеличивает текучесть или консистенцию бетонной массы, т.е. бетонная масса реагирует на такую обработку как тиксотропные материалы. Этот поток из внутреннего пространства 12 в полость Т по-видимому становится более эффективным за счет разряжения, созданного перемещением вниз в полости Т, а также за счет того, что потоку V бетонной массы В из внутреннего пространства свайной трубы в полость Т необходимо полностью или частично изменить направление только на около 90°, как показано на фиг.5А, 6А и 7, и/или изменить направление по плоскому радиусу, равному примерно (D1-D2)/2, как показано на фиг.4А, 5А и 7. На следующей стадии во внутреннее пространство 12 свайной трубы добавляют указанный раствор или бетонную массу В и забивают далее трубообразную сваю в грунт М посредством импульсной силы F с попеременным добавлением бетонной массы В во внутреннее пространство 12 свайной трубы согласно фиг.1D и 1Е. Количество таких попеременных стадий может, естественно, изменяться.

После забивания первой трубной секции 2а, по меньшей мере, частично в грунт, т.е. обычно большей части, первую трубную секцию 2а удлиняют второй трубной секцией 2b с использованием указанных выше соединений 20 или соединительных деталей 21 для создания удлинения, согласно фиг.1F. Затем свайную трубу 2 удлиняют далее новыми трубными секциями 2с, 2d, 2e и т.д., при этом указанную бетонную массу В попеременно добавляют, по меньшей мере частично, во внутреннее пространство 12 свайной трубы и забивают ее глубже в грунт посредством импульсной силы F, как показано, соответственно, на фиг.1G и 1Н. Эти стадии выполняют до достижения секции 3 наконечника трубообразной сваи заданной глубины S1 в грунте М. Согласно первому варианту выполнения способа жидкую бетонную массу В добавляют непрерывно по мере забивания трубообразной сваи 40 в грунт и при необходимости выполняют окончательное заполнение свайной трубы; после этого бетонную массу оставляют застывать как вокруг свайной трубы, так и во внутреннем пространстве 12 свайной трубы 2. В результате получают готовую трубчатую бетонную сваю согласно фиг.2. Согласно второму варианту выполнения способа трубообразную сваю 40 сначала забивают в грунт М посредством пульсирующей силы F без подачи бетонной массы В во внутреннее пространство свайной трубы, пока трубообразная свая 40 не достигнет заданной глубины S2, после чего во внутреннее пространство 12 свайной трубы подают часть бетона и выполняют посредством силы F короткое забивание свайной трубы. Это короткое забивание в грунт соответствует, например, длине полости Т, которая может быть заполнена количеством бетонной массы, находящейся в свайной трубе. При необходимости можно выполнять также два и более заполнений трубообразной сваи и две или более стадий забивания с силой F, что также предполагает указанное короткое забивание трубообразной сваи в грунт, хотя и в соответствии с большей длиной полости Т. Затем часть между поверхностью грунта и верхней стороной созданного таким образом блока из бетонной массы, заполнившей полость, заполняют вокруг трубообразной сваи каменным материалом G, таким как песок, гравий или другой подобный материал. Затем внутреннее пространство 12 свайной трубы снова заполняют бетоном В и трубообразную сваю попеременно забивают дальше в грунт М посредством силы F, как указывалось выше. Эти стадии повторяют, пока секция 3 наконечника не достигнет заданной глубины S1 в грунте М. После этого остаток внутреннего пространства 12 заполняют бетоном. Наконец, бетонную массу оставляют застывать как вокруг свайной трубы, так и во внутреннем пространстве 12 свайной трубы, так что в результате получают готовую трубчатую бетонную сваю, согласно фиг.3.

Таким образом, бетонную массу подают во внутреннее пространство свайной трубы по существу без избыточного давления, и указанную импульсную силу F создают посредством ударов и/или вибраций, и ее максимальная величина такова, что во внутреннем пространстве свайной трубы образуются импульсы давления, которые согласно современным представлениям равны, по меньшей мере, 10 бар и предпочтительно, по меньшей мере, 15 бар, и длительность которых составляет максимально 50 мс, обычно 0,1-15 мс, типично 0,1-10 мс, и предпочтительно как можно короче, например, менее 5 мс. Таким образом, импульсная сила создает импульсы давления короткой длительности, которая выдавливает раствор или бетонную массу, величина которых в испытательной установке была равной 20-50 бар или около этого значения. В соответствии с проведенными наблюдениями представляется, что уровень бетонной массы В в полости Т повышается несущественно во время забивания сваи, однако, остается в основном на том же уровне внутри пределов изменений, вызванных попеременным дополнением раствора или бетонной массы и забивания трубообразной сваи в грунт. Дополнительно к процессу, описанному выше, с попеременной подачей цементной массы В и забиванием свайной трубы с силой в грунт, дополнение цементной массы В и забивание свайной трубы в грунт можно осуществлять одновременно, однако, такая практика требует специального расположения отверстия/отверстий 29 на верхнем конце свайной трубы. В альтернативном режиме выполнения способа разница во времени между добавлением/подачей бетонной массы В и приложением забивающей силы F к свае может изменяться в широких пределах практически от нуля до значительно более длительного времени.

Изобретение относится к трубообразным сваям, заключенным в бетон. Трубообразная свая содержит металлическую свайную трубу для забивания в грунт; отверстие или отверстия на верхнем конце свайной трубы для подачи бетонной массы во внутреннее пространство свайной трубы; и на нижнем конце свайный башмак, содержащий продольную секцию наконечника с, по существу, равномерной шириной и бугелем на верхнем конце, диаметр которого больше диаметра свайной трубы, при этом зона свайного башмака снабжена сквозными отверстиями для обеспечения выхода бетонной массы. Новым является то, что в свайном башмаке максимальный диаметр бугеля по существу больше наружного диаметра указанной свайной трубы, и расстояние точки, соответствующей указанному максимальному диаметру бугеля, от режущей кромки секции наконечника, по меньшей мере, в семь раз больше наружного диаметра свайной трубы, а бугель содержит наружную поверхность, по меньшей мере, частично, конусно сужающуюся в направлении указанной режущей кромки, и бугель содержит выступающую вверх наружную кромку, образующую открытое вверх углубление, окружающее свайную трубу или ее удлиненный конец. Технический результат изобретения состоит в создании сваи и способа забивания сваи, соединяющих простоту установки стальной трубообразной сваи и хорошее сцепление бетона сваи с грунтом. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Трубообразная свая, подлежащая заключению в бетон, содержащая металлическую свайную трубу (2) для забивания в грунт; отверстие или отверстия (29) на верхнем конце свайной трубы для подачи бетонной массы во внутреннее пространство (12) свайной трубы и на нижнем конце свайный башмак (1), содержащий продольную секцию (3) наконечника с, по существу, равномерной шириной и бугелем (6) на верхнем конце, диаметр (D1) которого больше диаметра (D2) свайной трубы, при этом зона свайного башмака снабжена сквозными отверстиями (7) для обеспечения выхода бетонной массы (В), отличающаяся тем, что в свайном башмаке (1) максимальный диаметр (D1) бугеля (6), по существу, больше наружного диаметра (D2) указанной свайной трубы и расстояние (L1) точки (R) , соответствующей указанному максимальному диаметру бугеля, от режущей кромки (10) секции (3) наконечника по меньшей мере в семь раз больше наружного диаметра (D2) свайной трубы, а бугель (6) содержит наружную поверхность (8), по меньшей мере частично конусно сужающуюся в направлении указанной режущей кромки, и бугель (6) содержит выступающую вверх наружную кромку (25), образующую открытое вверх углубление (5), окружающее свайную трубу (2) или ее удлиненный конец.2. Трубообразная свая по п.1, отличающаяся тем, что проточные отверстия (7) расположены над самым нижним открытым вверх основанием (24) бугеля (6), окружающим свайную трубу или ее удлиненный конец и что они проходят через периферийную поверхность (13, 22, 23) указанного свайного башмака, и/или указанную свайную трубу, и/или удлиненный конец свайной трубы для прохождения наружу бетонной массы (В) при забивании сваи в грунт, и что отверстия (7) открыты наружу свайной трубы (2) в радиальных направлениях.3. Трубообразная свая по п.1 или 2, отличающаяся тем, что указанный удлиненный конец свайной трубы выполнен в виде соединительной части (4), проходящей от верха бугеля ниже указанного бугеля, при этом верхний диаметр (D4) указанной соединительной части больше ее нижнего диаметра (D3).4. Трубообразная свая по п.1 или 3,отличающаяся тем, что наружный диаметр (D5) указанного углубления (5) бугеля, по существу, больше наружного диаметра (D4) указанной соединительной части или наружного диаметра (D2) свайной трубы и что сквозные отверстия (7) по меньшей мере частично расположены на уровне наружной кромки (25) бугеля или в пределах высоты (HI) углубления (5).5. Трубообразная свая по п.1, отличающаяся тем, что наружный диаметр (D3) секции наконечника максимально равен наружному диаметру (D2) свайной трубы, что секция (3) наконечника состоит из металлической штанги или металлической трубы и что расстояние (L1) между режущей кромкой и точкой (R), соответствующей максимальному диаметру бугеля, в десять раз больше наружного диаметра (D2) свайной трубы.6. Трубообразная свая по любому из пп.1 и 3, отличающаяся тем, что секция (3) наконечника с режущей кромкой в зоне режущей кромки закрыта режущим инструментом (9), выполнена в виде металлической трубы и содержит либо часть (2') свайной трубы (2), либо трубчатый элемент (11), прикрепленный к бугелю (6) или к части (17) соединительной части (4).7. Трубообразная свая по любому из пп.1 и 3, отличающаяся тем, что секция (3) наконечника выполнена в виде металлической штанги и содержит либо отрезок (18) штанги, закрепленный в полости (34) в бугеле (6), либо секцию соединительной части (4).8. Трубообразная свая по любому из пп.1, 3 и 6, отличающаяся тем, что бугель дополнительно содержит или сквозное отверстие (16), диаметр (D6) которого соответствует наружному диаметру (D3) режущего элемента для прохождения свайной трубы или соединительной части, или направленный вверх выступ (19), внутренний диаметр (D7) или наружный диаметр (D8) которого выполнен с возможностью размещения конца свайной трубы (2).9. Трубообразная свая по п.3 или 8, отличающаяся тем, что соединительная часть (4) или бугель (6) соответственно содержит в своей верхней части внутреннюю или наружную выемку (26а, 26b) для размещения нижнего конца свайной трубы (2) и канал (27), проходящий из внутреннего пространства (12) свайной трубы по меньшей мере до сквозных отверстий (7), и что соединительная часть (4) содержит опорную поверхность (14), верхний диаметр (D4) которой больше диаметра (D6) отверстия (16) бугеля для опоры в дно (15) бугеля, и соединительная часть (4) состоит из детали, составляющей единое целое с секцией наконечника.10. Трубообразная свая по любому из пп.3, 8 и 9, отличающаяся тем, что бугель (6) или соединительная часть (4) дополнительно содержат соединительные элементы (15а, или 15b или 15с) для соединения между свайной трубой (2) и бугелем (6) или соединительной частью (4).11. Трубообразная свая по п.1, отличающаяся тем, что свайная труба (2) состоит из трубных секций (2а, 2b, 2с и т.д.) и из соединительных деталей (21) или соединений (20) , соединяющих их, и что наружная поверхность свайной трубы (2) снабжена зацепами (30) для бетона.12. Способ забивания трубообразной сваи в грунт (М) и заключения ее в бетон, при этом трубообразная свая содержит металлическую свайную трубу (2), верхний конец которой снабжен отверстием или отверстиями (29) и нижний конец которой снабжен конусным свайным башмаком (1), диаметр (D1) которого больше диаметра (D2) свайной трубы и в зоне которого открыт нижний конец свайной трубы, отличающийся тем, что способ содержит стадии, в которых

{А} свайный башмак (1) прикрепляют к нижнему концу свайной трубы (2), подлежащей забиванию в грунт, для создания трубообразной сваи, при этом свайный башмак содержит продольную секцию (3) наконечника с в основном равномерной шириной, снабженную бугелем (6) внутри расстояния (L1) от режущей кромки (10), при этом указанное расстояние по меньшей мере в пять раз больше наружного диаметра (D2) свайной трубы, и максимальный диаметр (D1) которого значительно больше наружного диаметра свайной трубы, и радиальными сквозными отверстиями (7) над бугелем;

{В} забивают свайную трубу в грунт посредством импульсной силы;

{D} заполняют внутреннее пространство (12) свайной трубы бетонной массой (В), состоящей из гидравлически затвердевающего связующего вещества, каменного материала в качестве наполнителя и воды;

{Е} забивают свайную трубу глубже в грунт (М) с использованием импульсной силы, так что бетонная масса проходит через сквозные отверстия (7) вокруг свайной трубы (2) и вверх в полость (Т), образованную в грунте свайным башмаком (1);

{F} добавляют указанную бетонную массу (В) во внутреннее пространство (12) свайной трубы и

{G} забивают трубообразную сваю дальше в грунт (М) посредством импульсной силы попеременно с добавлением бетонной массы (В) во внутреннее пространство (12) свайной трубы.

{Н} первую трубную секцию (2а), забитую по меньшей мере частично в грунт, удлиняют второй трубной секцией (2b) с использованием соединений (20) или соединительных деталей (21);

{I} удлиняют свайную трубу дополнительными трубными секциями (2с, 2d, 2e и т.д.) в соответствии с заданной глубиной (S1) забивания и забивают трубообразную сваю дальше в грунт посредством импульсной силы попеременно с по меньшей мере частичным добавлением указанной бетонной массы (В) во внутреннее пространство (12) свайной трубы, пока режущая секция (3) свайной трубы не достигнет заданной глубины (S1) в грунте (М); и

{J} оставляют затвердевать бетонную массу (В) как вокруг свайной трубы, так и во внутреннем пространстве (12) свайной трубы (2) для получения готовой трубообразной бетонной сваи.

{С1} трубообразную сваю (40) забивают в грунт посредством импульсной силы на определенную глубину (S2);

{С2} добавляют некоторое количество бетонной массы (В) во внутреннее пространство (12) свайной трубы и забивают трубообразную сваю в грунт до достижения заданной глубины (S1);

{С3} часть между верхней поверхностью слоя бетонной массы и поверхностью грунта вокруг трубообразной сваи заполняют каменным материалом (G) или аналогичным материалом и

{С4} свайную трубу (2) снова заполняют бетонной массой и попеременно забивают в грунт (М) посредством импульсной силы (F), пока режущая секция (3) трубообразной сваи не достигнет заданной глубины (S1) в грунте (М); и

{С5}остаток внутреннего пространства (12) свайной трубы заполняют бетоном (В).