RU2056476C1

RU2056476C1 - Pile foundation

Info

Publication number: RU2056476C1
Authority: RU
Inventors: Валентина Александровна Галушко; Марьяна Николаевна Донченко; Александр Маркович Галушко; Лариса Васильевна Маркова
Original assignee: Валентина Александровна Галушко; Марьяна Николаевна Донченко; Александр Маркович Галушко; Лариса Васильевна Маркова
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: civil engineering. SUBSTANCE: pile foundation includes foundation mat, a pile, and cylindrical shell composed of three parts along the height. Lower and upper parts of the cylindrical shell are provided with vertical teeth facing each other. The teeth are made in the form of truncated pyramids. Middle part of the shell is multilayered along its height in the form of individual segments with vertical through flat grooves under the teeth connected with vertical pins on one side. Lateral surfaces of the adjacent through flat grooves are perpendicular to one another. Total length of the vertical teeth is equal to the height of the middle part of the shell. Soil sagging results in displacement of upper and lower parts together with the soil. This results in filling through flat grooves in the middle part with teeth of upper and lower parts. Segments become open in the soil under action of teeth, and screwed in to compress it, and to increase cavity between the pile and middle part of the shell. Incompressible material is fed to the shell through vertical grooves originated in external surface of the pile after stabilizing the soil completely. EFFECT: increased bearing capacity of the foundation at the expense of increased surface of the contact between the shell and soil, and at the expense of more strength link between the shell and the pile. 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам, возводимым на самоуплотняющихся (просадочных, насыпных, намывных) грунтах. The invention relates to the construction, in particular to pile foundations erected on self-compacting (subsiding, bulk, alluvial) soils.

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.Known pile, immersed in subsidence soils, including a trunk with an outer shell located with a gap relative to the trunk, in which the outer shell is made in height of a composite of separate sections located at a distance from each other, installed with the possibility of unilateral movement parallel to the trunk, and the trunk is equipped with limiters to the movement of sections, each of which is located above the end of the corresponding section, and the sections of the outer shell are made conical, oriented with a large base to the head e piles [1]
The disadvantage of this pile is that the protrusions of the section limiters perceive a significant part of the load from the soil surrounding the pile; these movement limiters create skew of the individual sections of the shells, the contact points of the individual sections of the shells with the pile arise and part of the load from the soil surrounding the pile is transferred to the pile, and in between the sections the pile contacts the surrounding soil, the existing bevels in the end parts of the shells provide additional friction from horizontal pressure, preventing the shell from sliding freely. This leads to a decrease in the reliability and bearing capacity of piles.

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. After stabilization of subsidence deformation, the sheath cannot be used later for joint work in the pile-sheath-soil-surrounding soil sheath system to increase the reliability and load-bearing capacity of piles.

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.Known pile foundation, including several piles, each of which has an outer cylindrical shell placed on it with a gap, and a grillage made in height composite in the form of upper and lower parts, between which is a layer of antifriction material, and the cylindrical shells of the piles are rigidly connected to the lower part of the grillage and are made with a length of a smaller depth of the active zone of the soil, and the pile trunks are rigidly connected to the upper part of the grillage and are made with a length of lesser depth of the active zone of the soil; the pile trunks are rigidly connected to the upper part of the grillage, and each pile is equipped with rollers placed on its lateral surface in contact with the inner surface of the corresponding cylindrical shell [2]
The disadvantage of this foundation is that the horizontal soil pressure during subsidence through individual frames is inevitably transmitted to limited sections of the surface of the pile shaft, further increasing the load on the pile, while the composite grill perceives additional forces in the form of a bending moment, which inevitably occurs when moving the lower its parts, which reduces the reliability and bearing capacity of the foundation. After stabilization of the deformation, the subsidence of the shell cannot be used in the future for joint work in the pile-shell-soil-surrounding soil system to increase reliability, load-bearing capacity without increasing material consumption.

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.The closest technical solution to the invention is the pile foundation of buildings, structures, including the trunk of a hollow pile with an outer shell in the form of segments separate in plan and in height, having articulated joints between themselves both in the vertical and horizontal planes [3]
A hollow pile has vertical slots in the number of shell segments. The vertical slots and cavity of the pile are located above the maximum depth of driving the tip of the pile into dense soil. Slots are used for the operation of power elements located in the cavity of the pile and connected on the surface of the soil to the oil pipe and hydraulic pump station. After the subsidence deformation is completed, the pressure in the hydraulic system increases, the segments of the shells expand and move to the most extreme position, as a result of which they form a broadening, which is then filled with incompressible material, ensuring the joint work of the pile-shell-soil system surrounding the shell.

Недостатком этого фундамента является значительная трудоемкость, большой расход материалов и использование гидравлической системы. The disadvantage of this foundation is the significant complexity, high consumption of materials and the use of a hydraulic system.

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. The proposed pile foundation includes a grillage, pile and a cylindrical shell with a height that is composite. According to the invention, vertical grooves are made on the pile. The lower and upper parts of the cylindrical shell are equipped with vertical teeth directed towards each other in the form of truncated pyramids, the middle part of the shell is multilayer vertically in the form of separate segments with vertical through flat cuts for teeth connected on one side by vertical pins. The lateral surfaces of adjacent through flat slots are mutually perpendicular, and the total length of the vertical teeth is equal to the height of the middle part of the shell.

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. At the installation, individual segments of the shell are connected by reinforcing horizontal rods. The teeth of the pyramidal shape of the upper and lower parts of the shell, moving in flat mutually perpendicular slots of the middle part of the shell, like wedges bursting segments of the multilayer middle part of the shell and simultaneously screw them into the ground (due to the mutual perpendicularity of the side surfaces of the slots) and condense the near pile soil.

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. When the subsidence of the soil, the upper and middle parts of the shell move together with the soil, taking on the load of negative friction (which is about 40% of the total load attributable to the pile foundation). In this case, the teeth of the upper and lower parts fill the through flat slots of the middle part of the shell. The segments under the action of the teeth will burst into the ground, screwing in and compacting it due to the mutual perpendicularity of the side surfaces of adjacent slots. There is a break in the horizontal connections between the segments (mounted on the installation), while the horizontal displacements of the individual segments will expand the cavity between the pile and the middle part of the shell. After complete stabilization of the deformation of the subsidence of the surrounding soil through the vertical grooves on the outer surface of the pile, an incompressible material, such as concrete, is supplied.

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. Thus created a new structural element, which is a pile with broadening in the middle part, provides an increase in the bearing capacity of the pile both by increasing the contact surface of the shell and the ground, and due to a stronger bond between the shell and the pile.

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. Due to the inclusion of the upper part of the casing, the influence of negative friction on the pile foundation during the subsidence process is eliminated, and the total bearing capacity of the pile foundation increases by 60% from the original value and gives a corresponding reduction in labor and material consumption, since the use of a hydraulic system and complex articulated joints is eliminated between separate sections.

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. The middle part of the shell is used not only to perceive negative friction, but also for additional compaction of the soil and the formation of a cavity in the middle part of the pile foundation due to the screwing of individual segments of the middle part of the shell into the soil, which is subsequently filled with incompressible material.

Нижняя часть оболочки исключает влияние негативного трения на свайный фундамент в процессе замачивания грунта снизу. The lower part of the shell eliminates the effect of negative friction on the pile foundation during the soaking of the soil from below.

Благодаря наличию новых конструктивных признаков обеспечивается повышение надежности и несущей способности свайного фундамента, а также уменьшение материалоемкости (см. таблицу). Due to the presence of new design features, it is possible to increase the reliability and bearing capacity of the pile foundation, as well as reduce material consumption (see table).

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. In FIG. 1 shows a pile foundation, a general sectional view; figure 2 pile foundation after subsidence, General view; figure 3 fragment of the joint work of the upper and lower shells with teeth; figure 4 section aa in figure 3; figure 5 section BB in figure 3; figure 6 section bb in figure 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. The pile foundation of buildings erected on self-compacting soils 1, underlain by solid soil 2, includes a pile 3, rigidly connected to the grill 4, and the cavity between the pile 3 and the shells 5, 6 and 7 is filled with viscous antifriction material during installation of the shell.

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.The upper part of the shell 5 of a cylindrical shape has truncated pyramidal teeth 8 along the lower end. The middle part of the shell 6 multilayer consists of segments composed in height of separate sections strung with the possibility of rotation on vertical pins. Between the segments, through flat slots are made 13. The lateral surfaces of adjacent slots are mutually perpendicular, which ensures a cutter effect when the foundation is working, since the expansion of the segments of the middle part of the shell 6 causes them to be screwed into the ground. The length of the teeth 8 is equal to the height of the middle part, which depends on the maximum possible total subsidence of the soil; the lower part of the shell 7 of a cylindrical shape has truncated pyramidal teeth 9 along the upper end. The optimum angle of inclination of the tooth flanks relative to the vertical axis is ^about 10-15, and the angle of the bevel and the plane of contact of the teeth with respect to the circle center of the slits is ^about 5-7, which provides an increase in the disclosure shell bearing area 2.5 times.

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. On the outer surface of the pile 3, vertical grooves 12 are made, through which incompressible material is fed into the formed cavity 11 between the pile 3 and the sheath 6 after completion of the subsidence deformations.

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. Installation of the pile foundation is as follows. In self-compacting soils, using a vertical drilling machine (not shown conventionally), a well is drilled to the depth of the active subsidence zone and shells are inserted sequentially into this well: first, the lower part of the shell 7, then the middle part of the shell 6, and then the upper part 5, orienting it so so that the teeth 8 and 9 of the pyramidal shape were directed into the through slots of the middle part of the shell 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. Sequentially through the shells 7, 6 and 5, the shaft of the pile 3 is passed, the end of which is buried in an unstoppable dense layer of soil 2. The remaining outlets of the reinforcement from the driven pile 3 are monolithic with a grillage 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. In the case of subsidence of the soil surrounding the pile 3, the upper part of the shell 5 under the influence of friction together with the soil moves down, and its teeth 8 penetrate into the flat slots 13, expanding the segments of the middle part of the shell 6, unfold and screw them into the soil, compacting it, forming spatially rigid structure with a cavity 1, which is filled with incompressible material along the vertical grooves 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. The static work of the pile foundation is as follows. When the soil is soaked, its bearing capacity decreases sharply, the soil self-compacts under its own mass, i.e. its drawdown occurs. On the lateral surface of the upper part of the shell 5, additional negative friction occurs, while the shell will begin to move together with the soil when it sags, it enters the conditional cavity of movement. At the same time, pile 3 remains almost stationary and a slight load from negative friction is transmitted to it only by touching the antifriction material. The teeth 8 penetrate deeper into the slot 13, expanding the middle part of the shell 6, expanding the segments and screwing them in, compact the soil surrounding the shell 6. A cavity 11 is formed.

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. When the soil is soaked either from above or from below, an additional load on the shell arises, causing its subsidence, and the process of moving the upper part of the shell and segments of the middle part is similar to that during subsidence.

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. After complete stabilization of the drawdown, a spatially rigid structure is created. The resulting cavity 11 between the pile 3 of the upper and lower parts of the shell 6 through the vertical grooves 12 is filled with an incompressible material, which provides at the same time a high adhesion of the shell 6 and the pile 3, creating broadening and increasing the bearing capacity of the foundation.

Claims

PILED FOUNDATION, including a grillage, pile and a cylindrical shell component in height of parts, characterized in that the pile is made with vertical grooves on the outer side surface, and the lower and upper parts of the cylindrical shell are provided with vertical teeth facing each other in the form of truncated pyramids, the total length of which is equal to the length of the middle part of the shell, the latter being divided into segments with mutually perpendicular longitudinal edges through the slots to establish teeth in them, and the segments are made in height by composite of sections connected on one side by vertical pins.