СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОТИВОПУЧИННЫХ СВОЙСТВ СВАИ Российский патент 2021 года по МПК E02D5/24 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для повышения противопучинных свойств свай в составе свайного фундамента зданий и сооружений различного назначения, расположенных на территориях, характеризующихся распространением грунтов, способных проявлять пучинистые свойства.

Известна стальная свая, противопучинные свойства которой достигаются путем изменения формы сваи по ее длине и формирования двух характерных участков, включающих первый участок, предназначенный для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, и второй участок, предназначенный для размещения на глубину промерзания грунта. На первом, более широком, участке ствола сваи повышены ее анкерные свойства, что достигается посредством крепления продольных лопастей к телу сваи при помощи сварки. На втором участке реализуется снижение интенсивности воздействия пучащегося грунта путем выполнения ствола сваи в виде многогранной усеченной пирамиды, сужающейся к верху и соединенной крепежами с первым участком ствола (см. патент РФ №181501, E02D 5/48, E02D 5/52, E02D 5/54).

Недостатком известного технического решения является то, что применение данного способа для повышения противопучинных свойств сваи ограничено только металлическими сваями, и не может быть применено в железобетонных или деревянных сваях. Кроме того, к недостатку способа следует отнести его высокую трудоемкость в виду сложности исполнения. Это обусловлено необходимостью приваривать листы металла по всей длине сваи, а также выполнять усеченную пирамиду с определенными одинаковыми размерами граней и их уклонов из листов металла, соединенных сваркой, что формирует сложную пространственную форму конструкции. Также данный способ не решает проблемы коррозии материала стальной сваи, обусловленной термодинамической неустойчивостью незащищенной стали к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ повышения противопучинных свойств сваи, описанный в устройстве металлических и железобетонных свай противопучинной оболочкой ОСПТ «Reline». Противопучинные свойства данной сваи повышают путем изменения параметров сваи по ее длине. На свае, вне зависимости от ее материала, в зоне соприкосновения с сезоннопромерзающими грунтами расположен термоусаживаемый полимерный материал, жестко закрепленный на теле сваи. В качестве полимерного термоусадочного материала применяют композитный модифицированный полимер на основе полеолефинов с добавками на основе полиэтилена, обладающего свойством термоусадочности. Данное покрытие изначально обладает диаметром большим диаметра сваи на 10-15% и под воздействием температуры значением около 120°С усаживается, облегая тело сваи. В зоне, расположенной ниже сезонного промерзания грунтов, на металлической свае могут быть применены анкерные наконечники, которые способствуют более эффективному восприятию выдергивающего воздействия морозного пучения. Анкерные свойства достигаются путем приваривания к телу сваи анкерных элементов из прокатных профилей (уголков, арматуры, сегментов трубы). Железобетонные сваи сохраняют свои заводские свойства по всей длине ниже слоя сезонного промерзания грунта, и лишены каких-либо дополнительных анкерующих устройств. Таким образом формируются два участка длины сваи: первый, анкерный, предназначенный для восприятия выдергивающего воздействия сил морозного пучения, и второй, противопучинный, предназначенный для уменьшения интенсивности воздействия сил пучения, за счет уменьшения сил смерзания промерзающего грунта и поверхности сваи (см. СТО 36554501-054-2017. Проектирование и устройство свайных фундаментов с противопучинной оболочкой ОСПТ «Reline. - С. 3-6).

Недостатком данного способа является то, что он целиком реализуем только на металлических сваях, тогда как на железобетонных возможно повысить ее противопучинные свойства только за счет нанесения полимерного материала, без повышения анкерных свойств сваи. Кроме того, недостатком является трудоемкость реализации известного способа, обусловленная необходимостью крепления большого числа анкерных элементов к телу металлической сваи путем их сварки, нанесения и термической обработки термоусадочного материала. Также, нерешенным остается вопрос коррозии металлических свай в зоне грунта ниже слоя сезонного промерзания, которые не покрыты полимерным термоусадочным материалом.

Техническая проблема известных способов повышения противопучинных свойств свай заключается в их высокой трудоемкости в виду сложности их реализации. Кроме того, известные способы ограничены определенным материалом свай и не решают проблемы коррозии металлических свай по всей их длине.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что способ повышения противопучинных свойств сваи включает нанесение на наружную поверхность сваи полимерной оболочки, формирование по длине сваи анкерного участка, предназначенного для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, путем создания на наружной поверхности неровностей и противопучинного участка, предназначенного для размещения на глубину промерзания грунта. Полимерная оболочка представляет собой связующий материал, до твердения которого на анкерный участок сваи в качестве неровностей нанесен материал, формирующий шероховатость поверхности. Полимерная оболочка сваи может быть армирована стекловолокном, базальтоволокном, углеволокном или волокнами из арамида. Волокна могут быть нанесены в виде ткани методом ручной укладки или в виде нитей методом намотки.

Повышение противопучинных свойств сваи достигается путем изменения свойств ее поверхности по длине. Сформировано два участка: первый, анкерный, граничащий с грунтами ниже слоя сезонного промерзания грунта и второй, противопучинный, расположенный в слое сезонного промерзания грунта. На первом участке повышается несущая способность сваи по грунту путем повышения ее шероховатости, что достигается за счет нанесения материала, формирующего шероховатость, на поверхность сваи и его соединение при помощи связующего материала, например, клея на основе эпоксидных или полиэфирных смол, предварительно нанесенного на поверхность сваи. На втором участке реализуется снижение интенсивности воздействия сил морозного пучения грунта путем создания на поверхности сваи полимерной оболочки из затвердевшего связующего материала, примененного на первом участке, но затвердевшего без нанесения на него материала, формирующего шероховатость.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в снижении трудоемкости изготовления сваи с повышенными противопучинными свойствами при устранении ограничений по материалам используемых свай. То есть данный способ может быть одинаково применен как к металлическим, так и железобетонным и деревянным сваям. Кроме того, создание единого слоя покрытия сваи позволяет обеспечить защиту металлических свай от коррозии в виду термодинамической устойчивости полимерного покрытия к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 схематично изображена свая с повышенными противопучинными свойствами;

на фиг. 2. схематично изображена свая с повышенными противопучинными свойствами, полимерное покрытие которой усилено волокнами.

Свая 1, выполненная из любого конструкционного материала, на наружную поверхность которой равномерно нанесен связующий материал, формирующий единую полимерную оболочку 2. Полимерная оболочка сформирована путем нанесения и твердения связующего материала, например, клея на основе эпоксидных или полиэфирных смол. При этом свая содержит два участка: первый 3, расположенный ниже уровня 4 сезонного промерзания грунта, и второй 5, расположенный выше уровня 4 сезонного промерзания грунта. На первом участке 3 повышена несущая способность сваи по грунту. На полимерную оболочку 2 до ее твердения нанесен материал 6, формирующий шероховатость наружной поверхности сваи. А на втором участке 5 оболочка 2 сформирована без дополнительного нанесения на нее каких-либо материалов (фиг. 1). При этом полимерная оболочка 2 может быть усилена армирующим элементом 7, выполненным в виде ткани или отдельных нитей из стекло-, базальто-, углеволокна или волокнами из арамида, нанесенных методом ручной укладки или намотки (фиг. 2).

Заявляемый способ реализуют следующим образом.

Предварительно перед нанесением связующего материала, формирующего полимерную оболочку 2, сваю 1 заводского изготовления, выполненную из любого конструкционного материала, очищают от грязи, пыли и других загрязнений. Металлические сваи дополнительно очищают от ржавчины при ее наличии. Затем на наружную поверхность сваи 1, размеры который указаны в проектных документах, равномерно наносят слой связующего материала 2, например, клея на основе эпоксидных или полиэфирных смол. Вид связующего материала назначают в проекте в зависимости от геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, так чтобы не происходило химической коррозии или любой другой деструкции компонентов связующего материала. Далее на первый участок 3 сваи 1 на связующий материал 2 до момента его затвердевания наносят материал 6, формирующий шероховатость поверхности. Материал 6 может быть, как сыпучим, так и предварительно изготовленным матом с определенной шероховатостью. На втором участке 5 сваи 1 связующий материал 2 затвердевает без нанесения материала 6, формирующего шероховатость. Вид сыпучего материала 6 или шероховатость предварительно изготовленного мата назначают в проекте в зависимости от требуемой степени повышения несущей способности сваи по грунту. Длины каждого из участков назначают исходя из глубины сезонного промерзания грунта, геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, а также нагрузок от здания, которое опирается на сваю 1. Связующий материал 2 обеспечивает надежное соединение материала 6, формирующего шероховатость, на поверхности сваи 1. Для обеспечения надежности, полимерная оболочка может быть усилена армирующим элементом 7, выполненным в виде ткани или отдельных нитей из стекло-, базальто-, углеволокна или волокнами из арамида, нанесенных методом ручной укладки или намотки в тело полимерной оболочки до ее твердения. После нанесения материала, формирующего шероховатость 6, сваю 1 выдерживают определенное время в определенных условиях, обозначенных в технических условиях, принятых в проектных документах связующего материала 2. Материал 6 формирует на наружной поверхности сваи 1 на первом участке 3 шероховатость путем создания на ней неровностей, сопоставимых по размеру с частицами окружающего грунта, вследствие чего контакт грунта и сваи 1 становится более прочным. Затвердевший связующий материал 2 без нанесения на него материала, формирующего шероховатость 6, формирует равномерную полимерную оболочку вокруг сваи 1 на втором участке 5. При этом ввиду низкой шероховатости и гидрофобности полимерной оболочки уменьшается прочность смерзания промерзающего грунта с поверхностью сваи, и, как следствие, уменьшается интенсивность воздействия сил морозного пучения на сваю 1.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить противопучинные свойства сваи, выполненной из любого материала, путем повышения анкерных свойства первого участка посредством увеличения площади поверхности соприкосновения сваи и грунта, расположенного ниже уровня сезонного промерзания, и снижения интенсивности воздействия сил морозного пучения на втором участке сваи посредством создания гладкой гидрофобной полимерной оболочки на поверхности сваи. Кроме того, заявляемый способ является менее трудоемким, что обусловлено устранением громоздких анкерующих элементов, сложной пространственной формы сваи, дополнительной термической обработки сваи. Также заявляемый способ предотвращает развитие процессов коррозии металлических свай, что обусловлено созданием по всей длине сваи равномерной полимерной оболочки, материал которой является термодинамически устойчивым к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для повышения противопучинных свойств свай в составе свайного фундамента зданий и сооружений различного назначения, расположенных на территориях, характеризующихся распространением грунтов, способных проявлять пучинистые свойства. Способ повышения противопучинных свойств сваи включает нанесение на наружную поверхность сваи полимерной оболочки, формирование по длине сваи анкерного участка, предназначенного для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, путем создания на наружной поверхности неровностей и противопучинного участка, предназначенного для размещения на глубину промерзания грунта. Полимерная оболочка представляет собой связующий материал, до твердения которого на анкерный участок сваи в качестве неровностей нанесен материал, формирующий шероховатость поверхности. Технический результат состоит в снижении трудоемкости изготовления сваи с повышенными противопучинными свойствами при устранении ограничений по материалам используемых свай. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ повышения противопучинных свойств сваи, включающий нанесение на наружную поверхность сваи полимерной оболочки, формирование по длине сваи анкерного участка, предназначенного для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, путем создания на наружной поверхности неровностей и противопучинного участка, предназначенного для размещения на глубину промерзания грунта, отличающийся тем, что полимерная оболочка представляет собой связующий материал, до твердения которого на анкерный участок сваи в качестве неровностей нанесен материал, формирующий шероховатость поверхности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полимерная оболочка сваи армирована стекловолокном.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полимерная оболочка сваи армирована базальтоволокном.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полимерная оболочка сваи армирована углеволокном.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полимерная оболочка сваи армирована волокнами из арамида.

6. Способ по пп. 2-5, отличающийся тем, что волокно нанесено в виде ткани методом ручной укладки.

7. Способ по пп. 2-5, отличающийся тем, что волокно нанесено в виде нитей методом намотки.