Способ повышения несущей способности и долговечности свай Российский патент 2024 года по МПК E02D5/22 

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам, повышающим долговечность и несущую способность свай.

Известен способ повышения несущей способности, долговечности и морозостойкости ствола свай, в зоне сезонного промерзания-оттаивания грунта за счет того, что защитная оболочка тела сваи выполнена в виде стакана, а днище стакана совмещено с подошвой сваи, причем стакан выполнен из бетона на основе саморасширяющегося цемента, который в зоне сезонного промерзания-оттаивания грунта содержит пористый заполнитель с объемной массой меньше объемной массы растворной части (Авторское свидетельство СССР на изобретение SU №1 779 708 А1, опубликованное 07.12.1992 г. Бюллетень №45).

Недостатки способа:

- многодельность - проходка скважины, приготовление и подача в скважину тиксотропной суспензии и расчетного количества пористого заполнителя бетона, опускание в скважину трубы меньшего диаметра, чем скважина, труба с заглушкой внизу, с отверстием, оборудованным обратным клапаном, армирование ствола сваи, подача в трубу раствора на основе саморасширяющегося цемента.

Известен также способ возведения сваи, включающий погружение в грунт ствола с одновременной подачей в околосвайный грунт карбамидной смолы с отвердителем, перед погружением ствола его поверхность обрабатывают щавелевой кислотой или кислыми сточными водами производства синтетических жирных кислот (Авторское свидетельство СССР на изобретение SU №672 292 А1, опубликованное 05.07.1979 г. Бюллетень №25).

Недостаток способа:

- требуется обработка сваи перед погружением - выдержка в ванной, заполненной 10%-ной щавелевой кислотой;

- полимерная рубашка заполняет пространство между грунтом и поверхностью ствола сваи, смола с отвердителем проникает в образовавшиеся трещины в грунте, тем самым увеличивает силы сцепления сваи с грунтом, что отрицательно сказывается на несущей способности в случае применения свай в структурно-неустойчивых грунтах (увеличиваются силы отрицательного трения в просадочных, силы трения в пучинистых грунтах, горизонтальные силы в грунтах сейсмических районов).

Цель изобретения - повышение несущей способности и долговечности сваи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе возведения сваи, включающем погружение в грунт ствола с одновременной подачей раствора в полость между сваей и грунтом, отличающийся тем, что полость заполняют водой или глинистым раствором в просадочных грунтах, резиновым бетоном *(https://hightech.fm/2022/03/30/tyres; https://www.sciencedirect.com/;https://roadconcrete.ru/upload/iblock/efl/eflf2af07c6945b6a2cl3dfe98b9e95b.pdf) - в пучинистых, многолетнемерзлых и в грунтах сейсмических районов, а размер полости регулируют размером уширителя и его положением на свае и назначают в зависимости от выполняемой функции и грунтовых условий:

где: b_y - ширина уширения, м;

h_y - глубина, на которой устанавливается уширитель от планировочных отметок, м;

h_sl - расчетная глубина, до которой производится суммирование сил бокового трения проседающих слоев грунта, принимаемая равной глубине просадочной толщи, м;

d_ƒ - толщина промерзающего-оттаивающего слоя, м;

α_∈ - коэффициент пропорциональности.

Технико-экономические показатели изобретения - повышение несущей способности сваи за счет снижения сил отрицательного трения в просадочных грунтах и сил пучения в пучинистых грунтах, увеличение срока службы сваи за счет защиты бетона от излишней влаги в сезонно-промерзающих-оттаивающих грунтах, особенно в многолетнемерзлых и пучинистых грунтах, снижение горизонтальных сил, действующих на конструкции свайных фундаментов в сейсмических районах, увеличение глубины погружения сваи при прорезке маловлажных глинистых грунтов.

На фиг. 1 изображена свая в грунте (разрез по грунту)

1 - ствол сваи, 2 - уширитель, 3 - грунт, в котором возникают силы отрицательного трения, направленные вниз в просадочных грунтах, вверх - в пучинистых грунтах, 4 - несущий слой грунта, 5 - резиновый бетон, вода или глинистый раствор.

Уширитель изготавливается из металла, может устанавливаться на заводе-изготовителе свай либо на стройплощадке, в этом случае уширитель крепится к стволу сваи с помощью клиньев, забиваемых между боковой поверхностью сваи и уширителем, или сваркой с закладными деталями, установленными в стволе сваи.

Процесс погружения сваи:

- закрепление на стволе сваи уширителя на проектном расстоянии;

- заведение в наголовник;

- погружение молотом, вибропогружателем, сваевдавливающим агрегатом.

В процессе погружения зазор между боковой поверхностью сваи и грунтом заполняют резиновым бетоном, водой или глинистым раствором.

Заполнение полости между сваей и грунтом, образующейся кольцом, водой или глинистым раствором, применяется только в сваях в просадочных грунтах, которые в основном имеют твердую консистенцию и погрузить в эти грунты сваи составные большой длины до требуемых отметок затруднительно. Заполнение полости водой или глинистым раствором, действующими как смазка во время погружения свай является эффективным средством, снижающим энергоемкость погружения, и позволяет достичь проектных отметок сваи. Этот прием более эффективен по сравнению с бурением лидерных скважин.

Отрицательная сила трения в просадочных грунтах зависит от свойств прорезаемых грунтов.

При погружении свай без выемки грунта происходит уплотнение грунта вдоль боковой поверхности и под острием свай, и соответственно повышаются прочностные свойства грунтов, значит, и повышается сопротивление на боковой поверхности свай.

В нашем же случае кольцо прорезает грунт вдоль боковой поверхности сваи, полость впоследствии заполняется частицами грунта, который будет рыхлым, а значит с более низкими прочностными характеристиками, и соответственно трение на боковой поверхности сваи в пределах просадочной толщи значительно уменьшается.

В пучинистых грунтах полость заполняют резиновым бетоном, который снижает силы морозного пучения за счет более гладкой поверхности резинового бетона, пластичности и коэффициента деформирования.

В сейсмических районах глубина установки уширителя равна глубине, при которой под действием сейсмики образуется зазор между грунтом и боковой поверхностью сваи, поэтому заполнение полости резиновым бетоном способствует уменьшению влияния горизонтальных колебаний сваи на вышележащие конструкции за счет поглощения горизонтальных колебаний резиновым бетоном, имеющим повышенную ударопрочность, пластичность и коэффициент деформирования.

Пример. Сваи в просадочных грунтах.

Площадка сложена просадочными суглинками мощностью 11,0 м, подстилаемыми непросадочными суглинками.

Для определения силы отрицательного трения погружены две сваи сечением 300×300 мм на глубину 11,0 м - свая с уширителем на нижнем конце и свая без уширителя.

Силы отрицательного трения сваи с уширителем на нижнем конце составили: 150 кН·1,2=180 кН.

Силы отрицательного трения сваи без уширителя на нижнем конце составили: 300 кН·1,2=360 кН.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам устройства свай. Способ возведения сваи, включающий погружение в грунт ствола сваи с одновременной подачей раствора в полость между сваей и грунтом. Полость заполняют водой или глинистым раствором в процессе погружения сваи в просадочных грунтах, резиновым бетоном - в пучинистых, многолетнемерзлых грунтах и грунтах с интенсивностью сейсмического воздействия более 6 баллов по картам «А» и «В» комплекта карт ОСР-2015. Размер полости регулируют размером уширителя и его положением на стволе сваи в зависимости от выполняемой функции и грунтовых условий и определяется по формулам:

где: b_y - ширина уширения, м;

h_y - глубина, на которой устанавливается уширитель от планировочных отметок, м;

h_sl - расчетная глубина, до которой производится суммирование сил бокового трения проседающих слоев грунта, принимаемая равной глубине просадочной толщи;

d_ƒ - толщина промерзающего-оттаивающего слоя, м;

α_∈ - коэффициент пропорциональности. Технический результат состоит в повышении несущей способности и долговечности свай. 1 ил.

Способ возведения сваи, включающий погружение в грунт ствола сваи с одновременной подачей раствора в полость между сваей и грунтом, отличающийся тем, что полость заполняют водой или глинистым раствором в процессе погружения сваи в просадочных грунтах, резиновым бетоном - в пучинистых, многолетнемерзлых грунтах и грунтах с интенсивностью сейсмического воздействия более 6 баллов по картам «А» и «В» комплекта карт ОСР-2015, а размер полости регулируют размером уширителя и его положением на стволе сваи в зависимости от выполняемой функции и грунтовых условий и определяется по формулам:

где: b_y - ширина уширения, м;

h_y - глубина, на которой устанавливается уширитель от планировочных отметок, м;

h_sl - расчетная глубина, до которой производится суммирование сил бокового трения проседающих слоев грунта, принимаемая равной глубине просадочной толщи;

d_ƒ - толщина промерзающего-оттаивающего слоя, м;

α_∈ - коэффициент пропорциональности.