свайный фундамент

Формула изобретения

СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ, включающий ростверк, сваю и составную по высоте из частей цилиндрическую оболочку, отличающийся тем, что свая выполнена с вертикальными канавками на наружной боковой поверхности, а нижняя и верхняя части цилиндрической оболочки снабжены вертикальными, направленными навстречу друг другу зубьями в виде усеченных пирамид, общая длина которых равна длине средней части оболочки, причем последняя разделена на сегменты с взаимно перпендикулярными продольными кромками сквозными прорезями для заведения в них зубьев, причем сегменты выполнены по высоте составными из секций, соединенных с одной стороны вертикальными штырями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам, возводимым на самоуплотняющихся (просадочных, насыпных, намывных) грунтах.

Известна свая, погруженная в просадочные грунты, включающая ствол с наружной оболочкой, расположенной с зазором относительно ствола, в которой наружная оболочка выполнена по высоте составной из отдельных, размещенных на расстоянии друг от друга секций, установленных с возможностью одностороннего перемещения параллельно стволу, а ствол снабжен ограничителями перемещения секций, каждый из которых расположен над торцом соответствующей секции, а секции наружной оболочки, выполнены коническими, ориентированными большим основанием к голове свай [1]

Недостатком этой сваи является то, что выступы ограничителей перемещения секций воспринимают значительную часть нагрузки от окружающего сваю грунта; эти ограничители перемещений создают перекос отдельных секций оболочек, возникают точки контакта отдельных секций оболочек со сваей и часть нагрузки от окружающего сваю грунта передается на сваю, а в промежутках между секциями свая контактирует с окружающим ее грунтом, имеющиеся скосы в торцовых частях оболочек оказывают дополнительное трение от горизонтального давления, препятствуя свободному скольжению оболочки. Это приводит к снижению надежности и несущей способности сваи.

После стабилизации деформации просадки оболочка не может быть использована в дальнейшем для совместной работы в системе свая-оболочка-окружающий оболочку грунт для повышения надежности и несущей способности сваи.

Известен свайный фундамент, включающий несколько свай, каждая из которых имеет наружную цилиндрическую оболочку, размещенную на ней с зазором, и ростверк, выполненный по высоте составным в виде верхней и нижней частей, между которыми расположен слой антифрикционного материала, причем цилиндрические оболочки свай жестко соединены с нижней частью ростверка и выполнены длиной меньшей глубины активной зоны грунта, а стволы свай жестко соединены с верхней частью ростверка и выполнены длиной меньшей глубины активной зоны грунта; стволы свай жестко соединены с верхней частью ростверка, и каждая свая снабжена размещенными на ее боковой поверхности роликами, контактирующими с внутренней поверхностью соответствующей цилиндрической оболочки [2]

Недостатком этого фундамента является то, что горизонтальное давление грунта при просадке через отдельные рамки неизбежно передается на ограниченные участки поверхности ствола свай, дополнительно увеличивая нагрузку на сваю, в то же время составной ростверк воспринимает дополнительные усилия в виде изгибающего момента, который неизбежно возникает при перемещении нижней его части, что снижает надежность и несущую способность фундамента. После стабилизации деформации просадки оболочки не может быть использована в дальнейшем для совместной работы в системе свая-оболочка-окружающий оболочку грунт для повышения надежности, несущей способности без увеличения расхода материала.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является свайный фундамент зданий, сооружений, включающий ствол полой сваи с наружной оболочкой в виде отдельных в плане и по высоте сегментов, имеющих шарнирные соединения между собой как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях [3]

Полая свая имеет вертикальные прорези по количеству сегментов оболочек. Вертикальные прорези и полость сваи расположены выше максимальной глубины забивки острия сваи в плотный грунт. Прорези используются для работы силовых элементов, находящихся в полости сваи и подсоединенных на поверхности грунта к маслопроводу и гидравлической насосной станции. После завершения деформации просадки в гидросистеме повышается давление, сегменты оболочек разжимаются и перемещаются в максимально крайнее положение, вследствие чего и образуют уширение, которое затем заполняется несжимаемым материалом, обеспечивая совместную работу системы свая-оболочка-окружающий оболочку грунт.

Недостатком этого фундамента является значительная трудоемкость, большой расход материалов и использование гидравлической системы.

Предлагаемый свайный фундамент включает ростверк, сваю и составную по высоте цилиндрическую оболочку. Согласно изобретению на свае выполнены вертикальные канавки. Нижняя и верхняя части цилиндрической оболочки снабжены вертикальными, направленными навстречу друг другу зубьями в виде усеченных пирамид, средняя часть оболочки выполнена многослойной по вертикали в виде отдельных сегментов с вертикальными сквозными плоскими прорезями под зубья, соединенных с одной стороны вертикальными штырями. Боковые поверхности смежных сквозных плоских прорезей взаимно перпендикулярны, а общая длина вертикальных зубьев равна высоте средней части оболочки.

На монтаже отдельные сегменты оболочки соединяются арматурными горизонтальными стержнями. Зубья пирамидальной формы верхней и нижней частей оболочки, перемещаясь в плоских взаимно перпендикулярных прорезях средней части оболочки, как клинья распирают сегменты многослойной средней части оболочки и одновременно ввинчивают их в грунт (благодаря взаимной перпендикулярности боковых поверхностей прорезей) и уплотняют околосвайный грунт.

При просадке грунта верхняя и средняя части оболочки перемещаются вместе с грунтом, принимая на себя нагрузку негативного трения (которая составляет около 40% от суммарной нагрузки, приходящейся на свайный фундамент). При этом зубья верхней и нижней частей заполняют сквозные плоские прорези средней части оболочки. Сегменты под действием зубьев будут распираться в грунт, ввинчиваясь и уплотняя его вследствие взаимной перпендикулярности боковых поверхностей смежных прорезей. Происходит разрыв горизонтальных связей между сегментами (смонтированных на монтаже), при этом горизонтальные смещения отдельных сегментов расширят полость между сваей и средней частью оболочки. После полной стабилизации деформации просадки окружающего сваю грунта через вертикальные канавки, имеющиеся на наружной поверхности сваи, подается несжимаемый материал, например бетон.

Созданный таким образом новый конструктивный элемент, который предствляет собой сваю с уширением в средней части, обеспечивает повышение несущей способности сваи как за счет увеличения поверхности контакта оболочки и грунта, так и за счет более прочной связи между оболочкой и сваей.

За счет включения в работу верхней части оболочки исключается влияние негативного трения на свайный фундамент в процессе просадки, а суммарная несущая способность свайного фундамента повышается на 60% от первоначальной величины и дает соответствующее сокращение трудоемкости и материалоемкости, так как исключается применение гидравлической системы и сложных шарнирных связей между отдельными секциями.

Средняя часть оболочки используется не только для восприятия негативного трения, но и для дополнительного уплотнения грунта и образования полости в средней части свайного фундамента вследствие ввинчивания отдельных сегментов средней части оболочки в грунт, которая впоследствии заполняется несжимаемым материалом.

Нижняя часть оболочки исключает влияние негативного трения на свайный фундамент в процессе замачивания грунта снизу.

Благодаря наличию новых конструктивных признаков обеспечивается повышение надежности и несущей способности свайного фундамента, а также уменьшение материалоемкости (см. таблицу).

На фиг. 1 изображен свайной фундамент, общий вид в разрезе; на фиг.2 свайной фундамент после просадки, общий вид; на фиг.3 фрагмент совместной работы верхней и нижней оболочек с зубьями; на фиг.4 сечение А-А на фиг.3; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.6 сечение В-В на фиг.3.

Свайный фундамент зданий, сооружений, возводимый на самоуплотняющихся грунтах 1, подстилаемых прочным грунтом 2, включает сваю 3, соединенную жестко с ростверком 4, а полость между сваей 3 и оболочками 5, 6 и 7 заполняется вязким антифрикционным материалом при монтаже оболочки.

Верхняя часть оболочки 5 цилиндрической формы имеет усеченные пирамидальные зубья 8 по нижнему торцу. Средняя часть оболочки 6 многослойная состоит из сегментов, составленных по высоте из отдельных секций, нанизанных с возможностью поворота на вертикальные штыри. Между сегментами выполнены сквозные плоские прорези 13. Боковые поверхности смежных прорезей взаимно перпендикулярны, что обеспечивает при работе фундамента эффект фрезы, так как разжатие сегментов средней части оболочки 6 вызывает их ввинчивание в грунт. Длина зубьев 8 равна высоте средней части, которая зависит от величины максимальной возможной суммарной просадки грунта; нижняя часть оболочки 7 цилиндрической формы имеет усеченные пирамидальные зубья 9 по верхнему торцу. Оптимальный угол наклона боковых поверхностей зубьев относительно вертикальной оси составляет 10-15^о, а угол скоса плоскости контакта зубьев и прорезей относительно центра окружности составляет 5-7^о, что обеспечивает при раскрытии оболочки увеличение площади опирания в 2,5 раза.

По наружной поверхности сваи 3 выполнены вертикальные канавки 12, по которым подается несжимаемый материал в образовавшуюся полость 11 между сваей 3 и оболочкой 6 после завершения деформаций просадки.

Монтаж свайного фундамента осуществляется следующим образом. В самоуплотняющихся грунтах при помощи машины вертикального бурения (условно не показано) пробуривают скважину на глубину активной зоны просадки грунта и в эту скважину вставляют последовательно оболочки: вначале нижнюю часть оболочки 7, потом среднюю часть оболочки 6, а затем верхнюю часть 5, сориентировав ее таким образом, чтобы зубья 8 и 9 пирамидальной формы были направлены в сквозные прорези средней части оболочки 6.

Последовательно через оболочки 7, 6 и 5 пропускается ствол сваи 3, конец которой заглубляется в непросадочный плотный слой грунта 2. Оставшиеся выпуски арматуры от забивной сваи 3 замоноличиваются ростверком 4.

В случае просадки грунта, окружающего сваю 3, верхняя часть оболочки 5 под воздействием трения вместе с грунтом перемещается вниз, а ее зубья 8 проникают в плоские прорези 13, разжимая сегменты средней части оболочки 6, разворачивают и ввинчивают их в грунт, уплотняя его, образуя пространственно жесткую конструкцию с полостью 1, которая заполняется несжимаемым материалом по вертикальным канавкам 12.

Статическая работа свайного фундамента осуществляется следующим образом. При замачивании грунта несущая способность его резко снижается, грунт под собственной массой самоуплотняется, т.е. происходит его просадка. По боковой поверхности верхней части оболочки 5 возникает дополнительное негативное трение, при этом оболочка начнет перемещаться вместе с грунтом при его просадке, входит в условную полость перемещения. При этом свая 3 остается практически неподвижной и на нее передается незначительная нагрузка от негативного трения лишь за счет касания антифрикционного материала. Зубья 8 проникают все глубже в прорези 13, расширяя среднюю часть оболочки 6, разворачивая сегменты и ввинчивая их, уплотняют окружающий оболочку 6 грунт. Образуется полость 11.

При замачивании грунта или сверху, или снизу возникает дополнительная нагрузка на оболочку, вызывающая ее просадку, а процесс перемещения верхней части оболочки и сегментов средней части аналогичен таковому при просадке грунта.

После полной стабилизации просадки создается пространственно жесткая конструкция. Образовавшаяся полость 11 между сваей 3 верхней и нижней частями оболочки 6 через вертикальные канавки 12 заполняется несжимаемым материалом, который обеспечивает одновременно высокое сцепление оболочки 6 и сваи 3, создавая уширение и повышая несущую способность фундамента.