СПОСОБ ЗАБИВКИ СВАИ В ГРУНТ Российский патент 2015 года по МПК E02D33/00 

Предложенный способ относится к строительству и может быть использован для забивки сваи в грунт.

Известны способы забивки свай {см а.с. RU 1740558, опубл. 15.06.1992 г.) (1), СНиП 2.02.03-85, п. 5.7, (2), пат. RU 2049858, опубл. 1995 г. (3), пат. RU 2459042, опубл. 2012 г., (4).. «Труды межвузовской конференции по строительству на лессовых грунтах (тезисы докладов)», автор Гнатенко-Гонта СП. статья «Одна из оптимальных форм забивных свай в грунтах 1-го типа по просадочности», изд-во МГУ, 1973 (5), http://www.referatik.com.ua/subject/75/46137/ (6)}.

В способе (1) определение оптимальных углов конусности пирамидальной сваи выполняют после забивки пирамидальных свай на одной площадке с призматическими сваями и рассчитывают по отношениям несущих способностей, соответственно пирамидальных и призматических свай, к объемам погружаемых частей соответствующих свай. Несущие способности свай определяют по соотношению параметров, известному из (2).

Однако определение несущей способности пирамидальных свай по соотношению параметров (2) не позволяет получить с достаточной точностью параметры конусности пирамидальных свай. К тому же расчетные значения оптимальных углов пригодны лишь для частных случаев опытной забивки свай в грунты данного состава, не охватывают все возможные случаи забивки в любые грунты и на требуемую глубину погружения.

В способе (3) в процессе забивки сваи, при определении текущих значений несущей способности, дополнительно учитывают число ударов молота по свае, бытовое давление грунта, действующее на уровне острия сваи, и коэффициент, учитывающий величину снижения трения сваи о грунт. Указанные уточнения вносят в соотношение параметров (2).

В (4) после забивки сваи в грунт, по полученным параметрам определяют несущую способность вейвлет-образов, из которых формируют эталонную базу свай. Несущую способность контролируемой сваи определяют сравнением параметров сваи с соответствующими параметрами свай эталонной базы в трех взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых совпадает с продольными осями сваи. Забивку контролируемой сваи выполняют не менее чем через 5 дней, что увеличивает сроки, а оценку параметров выполняют сложнейшей аппаратурой. По результатам сравнения (корреляцией) со сваями эталонной базы определяют наиболее близкую эталонную сваю, по характеристикам которой судят о несущей способности контролируемой сваи.

Способ чрезвычайно сложен, требует сложной аппаратуры и персонала высокой квалификации, что не оправдано, поскольку невозможно получить достаточную точность результатов. Это ограничивает применение способа.

Ближайшим аналогом предложен способ забивки сваи в грунт, заключающийся в определении параметров сваи и параметров молота, в проведении динамических испытаний путем забивки сваи в грунт молотом, в определении отказов сваи, по которым, параметрам сваи и параметрам молота, несущую способность сваи определяют по следующему соотношению параметров:

где F_u - несущая способность сваи;

η - коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи;

А - площадь поперечного сечения сваи;

М - коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице, а при вибропогружении свай - в зависимости от вида грунта под их нижними концами;

Ed - расчетная энергия удара молота;

s_a - фактический остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота, а при применении вибропогружателей - от их работы в течение 1 мин;

m₁ - масса молота;

m₂ - масса сваи;

m₃ - масса подбабка (при вибропогружении свай m=0),

E - коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай молотами ударного действия.

Недостаток способа состоит в ограничении использования пирамидальной сваи в строительстве из-за недостаточной точности определения ее несущей способности по (1). Опытом забивки свай установлено, что пирамидальные сваи создают уплотнение окружающего грунта лучше, чем призматические, что повышает надежность эксплуатации зданий и сооружений.

Задача предложенного способа состоит в увеличении использования пирамидальных свай и в широком их внедрении в массовое строительство при одновременном улучшении уплотнения грунта и повышении надежности эксплуатации зданий и сооружений.

Для решения этих задач в предложенном способе забивки сваи в грунт, заключающемся в определении параметров сваи и параметров молота, в проведении динамических испытаний путем забивки сваи в грунт молотом с определением отказов сваи, по которым, параметрам сваи и параметрам молота, несущую способность сваи определяют по следующему соотношению параметров:

где F_u - несущая способность сваи;

η - коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи;

А - площадь поперечного сечения сваи;

М - коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице, а при вибропогружении свай - в зависимости от вида грунта под их нижними концами;

Ed - расчетная энергия удара молота;

s_a - фактический остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота, а при применении вибропогружателей - от их работы в течение 1 мин;

m₁ - масса молота;

m₂ - масса сваи;

m₃ - масса подбабка (при вибропогружении свай m=0);

E - коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай молотами ударного действия,

согласно изобретению перед забивкой пирамидальной сваи в грунт определяют ее массу и площади сечения ее верхнего и нижнего оснований, по которым подбирают такую призматическую сваю, масса которой равна массе пирамидальной сваи, а площадь поперечного сечения призматической сваи равна полусумме площадей сечения верхнего и нижнего оснований пирамидальной сваи, проводят динамические испытания этой призматической сваи, а несущую способность пирамидальной сваи определяют как несущую способность этой призматической сваи по указанному соотношению параметров, с учетом отказов, полученных при испытаниях призматической сваи.

Технический результат предложенного способа заключается в увеличении использования пирамидальных свай в массовом строительстве, что решается при забивке этой сваи упрощением и невысокой стоимостью определения ее несущей способности. Одновременно это обеспечит качественную и точную забивку пирамидальных свай, повысит надежность эксплуатации зданий и сооружений.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема призматической сваи.

На фиг. 2 приведена конструктивная схема пирамидальной сваи.

Масса призматической сваи 1 - m₁, масса пирамидальной сваи 2 - m₂. Призматическая свая имеет площадь рабочего поперечного сечения сваи - А1, среднее сечение пирамидальной сваи - А2. Площади верхнего и нижнего оснований пирамидальной сваи соответственно равны A3, А4.

Способ реализуется следующим образом.Забивку призматической сваи в грунт выполняют путем определения параметров сваи, параметров молота, последующего проведения динамических испытаний сваи путем забивки сваи в грунт молотом и определения ее отказов, по которым, параметрам сваи и параметрам молота, несущую способность сваи определяют по следующему соотношению параметров:

Многолетним опытом забивки призматических свай установлена простота, экономичность и достаточная для практического применения точность такого способа.

Перед забивкой пирамидальной сваи в грунт предложено экспериментально подобрать такую призматическую сваю, несущая способность которой равна пирамидальной свае.

Для этого перед забивкой пирамидальной сваи 2 в грунт определяют ее массу m₂ и площади сечения ее верхнего A3 и нижнего А4 оснований. По этим параметрам подбирают призматическую сваю 1. Экспериментально установлено, что масса m₁ этой призматической сваи 1 должна быть равна массе m₂ пирамидальной сваи, а площадь поперечного сечения А1 призматической сваи 1 - равна полусумме площадей сечения A3 и А4 верхнего и нижнего оснований пирамидальной сваи 2. Далее проводят динамические испытания этой призматической сваи и определяют число отказов, полученных при ее испытаниях.

После этого несущую способность пирамидальной сваи 2 определяют по соотношению параметров (1) как для этой призматической сваи с учетом отказов призматической сваи, полученных при ее испытаниях. Математическим расчетом и компьютерным моделированием установлено равенство несущих способностей призматической и забиваемой пирамидальной сваи.

Компьютерное моделирование показало, что это повысило точность определения несущей способности пирамидальной сваи в 2 раза. Это позволило увеличить использование пирамидальных свай и обеспечить широкое внедрение этих свай в массовое строительство. При использовании пирамидальных свай для строительства свайного фундамента удельное сопротивление (т.е. отношение нагрузки к объему погруженной части сваи) в 2-3 раза выше, чем у призматических свай (6). Поэтому одновременно улучшено уплотнения грунта и повышена надежность эксплуатации зданий и сооружений.

Пример конкретной реализации.

Перед забивкой пирамидальной сваи 2 в грунт определяют ее массу m₂=4,94 т, и площади нижнего и верхнего оснований этой пирамидальной сваи 2, которые соответственно равны А4=(0,45×0,45) м²; А3=(0.2×0,2) м².

По этим параметрам подбирают призматическую сваю 1. Последняя выполнена, как и пирамидальная свая, из железобетона с η=1500 кН/м² и имеет длину 25 м. По массе m₂ (4,94 т) пирамидальной сваи и полусумме площадей верхнего и нижнего оснований 1/2{(0,45×0,45)+(0.2×0,2)} м²=0,122 м² пирамидальной сваи подбирают призматическую сваю 1 марки С13 35Т5. Масса этой призматической сваи 1 равна 4,94 т, а площадь поперечного сечения А1 равна (0,35×0,35)=0,122 м², что точно соответствует указанной полусумме площадей пирамидальной сваи 2.

Далее проводят динамические испытания выбранной призматической сваи С13 35Т5 и определяют число отказов. После испытаний несущую способность пирамидальной сваи 2 определяют как несущую способность призматической сваи С13 35Т5 по указанному соотношению параметров (1) и с учетом отказов, полученных при испытаниях этой призматической сваи. Динамические испытания призматической сваи С13 35Т5 проводят молотом, энергия удара которого Ed=70,63 кДж, суммарная масса молота m₁ с подбабком m₃, равна 102,29 т, а высота падения молота равна 0,800 Н м. При таких испытаниях расчетное значение отказов призматической сваи Sa=8,42 мм. В случае необходимости вводят поправку и учитывают особенности инженерно-геологических условий, как это требует СНиП 2.02.03-85.

Технико-экономический эффект предложенного способа состоит в увеличении использования пирамидальных свай и в широком их внедрении в массовое строительство при одновременном улучшении уплотнения окружающего грунта и повышении надежности эксплуатации зданий и сооружений.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для определения несущей способности сваи, погружаемой в грунт забивкой. Способ забивки сваи в грунт заключается в определении параметров сваи и параметров молота, в проведении динамических испытаний путем забивки сваи в грунт молотом с определением отказов сваи, по которым, параметрам сваи и параметрам молота, несущую способность сваи определяют по приведенной зависимости. Перед забивкой пирамидальной сваи в грунт определяют ее массу и площади сечения ее верхнего и нижнего оснований, по которым подбирают такую призматическую сваю, масса которой равна массе пирамидальной сваи. Площадь поперечного сечения призматической сваи равна полусумме площадей сечения верхнего и нижнего оснований пирамидальной сваи. Проводят динамические испытания этой призматической сваи. Несущую способность пирамидальной сваи определяют как несущую способность этой призматической сваи по указанному соотношению параметров, с учетом отказов, полученных при испытаниях призматической сваи. Технический результат состоит в повышении надежности эксплуатации зданий и сооружений при одновременном увеличении возможности использования пирамидальных свай на просадочных грунтах и в массовом строительстве, улучшении уплотнения грунта. 2 ил.

Способ забивки сваи в грунт, заключающийся в определении параметров сваи и параметров молота, в проведении динамических испытаний путем забивки сваи в грунт молотом с определением отказов сваи, по которым, параметрам сваи и параметрам молота, несущую способность сваи определяют по следующему соотношению параметров:
,
где F_u - несущая способность сваи;
η - коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи;
А - площадь поперечного сечения сваи;
М - коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице, а при вибропогружении свай - в зависимости от вида грунта под их нижними концами;
Ed - расчетная энергия удара молота;
s_a - фактический остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота, а при применении вибропогружателей - от их работы в течение 1 мин;
m₁ - масса молота;
m₂ - масса сваи;
m₃ - масса подбабка (при вибропогружении свай m=0);
E - коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай молотами ударного действия,
отличающийся тем, что перед забивкой пирамидальной сваи в грунт определяют ее массу и площади сечения ее верхнего и нижнего оснований, по которым подбирают такую призматическую сваю, масса которой равна массе пирамидальной сваи, а площадь поперечного сечения призматической сваи равна полусумме площадей сечения верхнего и нижнего оснований пирамидальной сваи, проводят динамические испытания этой призматической сваи, а несущую способность пирамидальной сваи определяют как несущую способность этой призматической сваи по указанному соотношению параметров, с учетом отказов, полученных при испытаниях призматической сваи.