RU219792U1 - Свая переменного сечения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к техническим средствам, повышающим несущую способность свайных фундаментов. Целью данной полезной модели является снижение металлоёмкости стальных свай, устраиваемых в пучинистых, просадочных, насыпных грунтах и грунтах с низкой несущей способностью при воздействии горизонтальных и вертикальных нагрузок. Поставленная цель достигается применением свай переменного сечения путём уменьшения диаметра верхней части свай, где располагаются несущие грунты, и увеличения диаметра той части свай, где залегают несущие грунты с образованием в месте их стыка двойной стенки путём вставки верхней части сваи в нижнюю.

Description

Полезная модель относится к техническим средствам, повышающим несущую способность свайных фундаментов.

Уровень техники

Известно устройство сваи с противопучинистой оболочкой (Патент RU 170032 U1, МПК E02D 5/60, E02D 27/35, опубл. 12.04.2017). Конструкция сваи состоит из сваи постоянного диаметра и противопучинистой обмазки.

Недостатком данного устройства является: наличие значительных сил морозного пучения, «негативных» сил трения при устройстве свай на объектах со значительными насыпями и в просадочных грунтах. Увеличение указанных нагрузок приводит к увеличению длины свай.

Известно устройство противопучинистой сваи (Патент RU 181501 U1, МПК E02D 5/48, E02D 5/54, E02D 5/52, опубл. 17.02.2018). Конструкция сваи состоит из верхней части сваи, располагающейся на глубине залегания пучинистых грунтов, и нижней части сваи с продольными лопастями.

Недостатком данного устройства и его аналогов является высокая стоимость данного изделия, т.к. верхняя часть изготавливается не из прямой трубы, а из многогранной трубы или многогранной усеченной пирамиды. Изготовление нижней части затруднено из-за значительного количества сварных соединений.

Еще одним известным устройством является свая с повышенной стойкостью к пучениям (Патент RU 2 441 964 С1 МПК E02D 5/48, опубл. 10.02.2012). Свая устраивается в пучинистых грунтах и предназначена для уменьшения сил пучения. Состоит из верхней части, устраиваемой только на глубину сезонного промерзания грунта, и нижней части сваи большего диаметра.

Недостатками данной сваи являются:

устройство верхней части сваи только на глубине залегания пучинистых грунтов. Ниже пучинистых грунтов на значительную величину могут располагаться не несущие грунты, где нецелесообразно применение свай увеличенного диаметра, что приводит к увеличению металлоемкости свай;

область применения решения - только устройство свай в пучинистых грунтах. Не указана возможность использования в просадочных, насыпных грунтах и грунтах с низкой несущей способностью. Например, в насыпных грунтах появляются так называемые «негативные» силы трения, которые передают дополнительную вдавливающую нагрузку на сваи и увеличивают их длину;

низкая несущая способность стыка верхней и нижней части свай. Для обеспечения достаточной несущей способности стыка свай не применены дополнительные усиливающие решения. Например, при диаметре верхней части свай 219,0 мм и нижней части свай 426,0 мм соотношение сварных швов в узле стыка явно не пропорционально и приводит к рискам обеспечения безопасности данного решения с возможным разрушением сварных швов;

применение только забивных свай, погружаемых с применением копра. При устройстве свай в твердомерзлых грунтах данный способ погружения свай не применим. В твердомерзлых грунтах применяется буроопускной способ погружения свай: выполняется лидерная скважина, в скважину заливается цементно-песчаный раствор на 1/3 глубины, после чего в скважину погружается свая. При необходимости затрубное пространство скважины заполняется раствором;

не позволяет применять сваи диаметром 168,0 мм.

Еще одним известным устройством является составная свая переменного сечения (Патент RU 208 116 U1 МПК E02D 5/48, опубл. 03.12.2021). Свая устраивается в пучинистых, просадочных, насыпных грунтах и грунтах с низкой несущей способностью и предназначена для уменьшения «негативных» сил, действующих на сваи в пучинистых, просадочных, насыпных грунтах. Состоит из верхней части и нижней части сваи большего диаметра.

Недостатками данной сваи являются:

недостаточная несущая способность сварного стыка свай. Стык устраивается в зоне действия максимальных изгибающих моментов от горизонтальных нагрузок, прикладываемых в верхней части свай. При действии горизонтальных нагрузок момент воспринимается только сварным швом. Учитывая, что при забивке свай возможно появление микротрещин в сварном шве данное решение может не обеспечить необходимую прочность при эксплуатации сваи;

отсутствие направляющей конструкции, позволяющей обеспечить соосность верхней и нижней части сваи. При приварке нижней части сваи к узлу стыка под небольшим углом в месте стыка будут появляться дополнительные напряжения при забивке свай, что может приводить к появлению микротрещин в сварных швах;

необходимость в соответствии с нормативными требованиями заполнения полости нижней части сваи (бетоном, сухой цементно-песчаной смесью или другими материалами для исключения коррозии внутренней части свай и во избежание разрыва сваи при попадании в нее влаги с последующим замерзанием) до монтажа стыка свай. Заполнение полости свай выполняется в два этапа: до приварки узла стыка и после забивки свай, что увеличивает количество технологических операций на площадке и увеличивается сроки строительно-монтажных работ.

Сокращение длины свай представлено следующими примерами:

свайная труба длиной 325,0 мм толщиной стенки 8,0 мм заглубляется на площадке с наличием торфов (пучинистых грунтов). Глубина промерзания торфа - 1,0 м. Глубина торфа - 7,0 м. Ниже залегают несущие грунты. Типовая длина сваи в данных условиях - 15,0 м.

При применении свай с повышенной стойкостью к пучениям (Патент RU № 2 441 964 С1 МПК E02D 5/48, опубл. 10.02.2012) уменьшение диаметра сваи предусматривается от границы сезонного промерзания до уровня земли. При уменьшении диаметра с 325,0 до 219,0 мм уменьшается сила пучения на 32,6%. Для обеспечения устойчивости несущую часть сваи так же можно сократить на 32,6%. Получаем (15,0-8,0)·0,36=2,5 м. Общая длина сваи становится 15,0-2,5=12,5 м. Масса сваи до уменьшения диаметра составляла 15,0·62,5=937,5 кг. После уменьшения диаметра и соответствующей длины сваи: 1,0·41,6 +(12,5-1,0)·62,5=760,4 кг.

При применении полезной модели стык сваи следует располагать на границе слабого и несущего грунта, т.е. на глубине 7,0 м. При уменьшении диаметра с 325,0 до 219,0 мм уменьшается сила пучения на 32,6%. Для обеспечения устойчивости несущую часть сваи так же можно сократить на 32,6%. Получаем (15,0-8,0)·0,36=2,5 м. Общая длина сваи становится равной 15,0-2,5=12,5 м. Масса сваи до уменьшения диаметра составляла 15,0·62,5=937,5 кг. После уменьшения диаметра и соответствующей длины сваи: 7,0·41,6 +(12,5-7,0)·62,5=635,0 кг.

свайная труба длиной 325,0 мм толщиной стенки 8,0 мм заглубляется на площадке с наличием насыпи высотой 5,0 м. Глубина промерзания насыпи - 3,0 м. Ниже насыпи залегают несущие грунты. Типовая длина сваи в данных условиях - 20,0 м. От насыпи действуют так называемые «негативные силы трения», которые при самоуплотнении догружают сваю и из-за этого увеличивают ее длину. При насыпях высотой более 3,0 м «негативные силы трения» превосходят силы морозного пучения.

При применении свай с повышенной стойкостью к пучениям (Патент RU 2 441 964 С1 МПК E02D 5/48, опубл. 10.02.2012) уменьшение диаметра сваи предусматривается от границы сезонного промерзания до уровня земли. При уменьшении диаметра с 325,0 до 219,0 мм «негативные силы трения» уменьшаются на 32,6 %·3/5=20,0 %. Для обеспечения устойчивости несущую часть сваи так же можно сократить на 20,0 % (зависимость длины свай может быть не линейной, но для наглядности расчетов предположим, что зависимость линейная). Получаем (20,0-5,0)·0,2=3,0 м. Общая длина сваи становится равной 20,0-3,0=17,0 м. Масса сваи до уменьшения диаметра составляла 20,0·62,5=1 250,0 кг. После уменьшения диаметра и соответствующей длины сваи: 3,0·41,6 +(17,0-3,0)·62,5=1 000,0 кг.

При применении полезной модели стык сваи следует располагать на границе насыпного грунта, т. е. на глубине 5,0 м. При уменьшении диаметра с 325,0 до 219,0 мм «негативные силы трения» уменьшаются на 32,6%. Для обеспечения устойчивости несущую часть сваи так же можно сократить на 32,6% (зависимость длины свай может быть не линейной, но для наглядности расчетов предположим, что зависимость линейная). Получаем (20,0-5,0)·0,326=5,0 м. Общая длина сваи становится 20,0-5,0=15,0 м. Масса сваи до уменьшения диаметра составляла 20,0·62,5=1 250,0 кг. После уменьшения диаметра и соответствующей длины сваи: 5,0·41,6 +(15,0-5,0)·62,5=833,0 кг.

Стык свай с повышенной стойкостью к пучениям (Патент RU 2 441 964 С1 МПК E02D 5/48, опубл. 10.02.2012) не является равнопрочным. Стык предусмотрен в виде усеченного конуса с длиной окружности в большей части 0,426·3,14=1,34 м, в меньшей части - 3,14·0,159=0,50 мм. Разница в длине сварных швов - 1,34/0,50=2,7 раза. Стык конуса со сваей диаметром 159,0 мм может стать причиной появления трещин при забивке свай и привести к авариям при эксплуатации объектов. В предлагаемой полезной модели в месте стыка применяется фактически двойная стенка трубы (труба нижней части и верхней части сваи), что кратно повышает несущую способность узла и является местом усиления сваи.

Раскрытие сущности полезной модели

Свая переменного сечения, устраиваемая в пучинистых, просадочных, насыпных грунтах и грунтах с низкой несущей способностью. Свая состоит из трубной секции большего диаметра с наконечником, расположенной на глубине залегания несущего слоя грунтов, соосно соединенной с трубной секцией меньшего диаметра, объединенные упорным листом и ребрами усиления, размещенными равномерно по окружности в верхней части трубной секции большего диаметра. Соединение трубных секций, составляющих сваю, упорного листа и ребер усиления осуществлено посредством сварки. Нижняя часть трубной секции меньшего диаметра вставлена в трубную секцию большего диаметра с образованием в месте их стыка двойной стенки. В нижней части трубной секции меньшего диаметра приварено направляющее кольцо, объединяющее ее с трубной секцией большего диаметра.

В верхней части свай за счет уменьшения диаметра свай пропорционально уменьшаются силы морозного пучения, «негативные» трения от насыпных и просадочных грунтов. Несущая способность свай под острием при уменьшении диаметра верхней части свай не изменяется, т. к. при расчете учитывается площадь сечения нижней части сваи.

Несущая способность сваи на действие горизонтальных нагрузок обеспечивается двойной стенкой труб в зоне их стыка. Таким образом, при работе сваи на изгиб в месте стыка свай прочность обеспечивается работой двух труб совместно.

Краткое описание чертежей

Конструкция сваи переменного сечения представлена на чертежах (фиг. 1, 2.).

Устройство состоит из трубной секции большего сечения (1) диаметром более 168,0 мм с наконечником (5), трубной секции меньшего диаметра - более 159,0 мм (2), соединенные между собой упорным листом (4) и ребрами усиления (3). Направляющее кольцо (6) приваривается в нижней части сваи меньшего диаметра. Все соединения элементов выполняются сварными швами. В упорном листе (4) выполнено отверстие, что позволяет заполнять полость сваи материалами в один этап после забивки свай.

Осуществление полезной модели

Целью настоящей полезной модели является снижение металлоемкости стальных свай, устраиваемых в пучинистых, просадочных, насыпных грунтах и грунтах с низкой несущей способностью при воздействии горизонтальных и вертикальных нагрузок, а также позволяющее:

Сократить длину свай за счет уменьшения сил морозного пучения, «негативного» трения от насыпных и просадочных грунтов.

Уменьшить силы пучения, действующие на сваи при замерзании (в том числе сезонном) грунтов за счет уменьшения диаметра верхней части сваи.

Уменьшить «негативные» силы трения от насыпных грунтов за счет уменьшения диаметра верхней части сваи. Негативные силы трения действуют в слое насыпных грунтов и в слое торфов (при наличии).

Уменьшить «негативные» силы трения в просадочных грунтах, действующих на глубине залегания просадочных грунтов и выше за счет уменьшения диаметра верхней части сваи.

Сократить глубину изысканий за счет уменьшения длины сваи.

Обеспечить несущую способности стыка свай при воздействии горизонтальных и вертикальных нагрузок за счет совместной работы двойной стенкой труб в зоне их стыка.

Верхняя часть сваи, вставляемая в нижнюю часть, является направляющей конструкцией, которая позволяет выполнить сборку сваи соосно, без отклонения оси нижней части от верхней части.

Преимуществом данного устройства является наличие отверстия в упорном листе, позволяющее заполнять полость сваи после ее погружения в один этап, что сокращает количество технологических операций при погружении сваи.

Claims (1)

1. Свая переменного сечения, устраиваемая в пучинистых, просадочных, насыпных грунтах и грунтах с низкой несущей способностью, выполненная в виде трубной секции большего диаметра с наконечником, расположенной на глубине залегания несущего слоя грунтов, соосно соединенной с трубной секцией меньшего диаметра, объединенные упорным листом и ребрами усиления, размещенными равномерно по окружности в верхней части трубной секции большего диаметра, соединение трубных секций, составляющих сваю, упорного листа и ребер усиления осуществлено посредством сварки, отличающаяся тем, что нижняя часть трубной секции меньшего диаметра вставлена в трубную секцию большего диаметра с образованием в месте их стыка двойной стенки, причем в нижней части трубной секции меньшего диаметра приварено направляющее кольцо, объединяющее ее с трубной секцией большего диаметра.