RU2441964C1

RU2441964C1 - Pile with increased resistance to heaves

Info

Publication number: RU2441964C1
Application number: RU2010136084/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Робертович Гунгер (RU); Юрий Робертович Гунгер; Николай Николаевич Агаркин (RU); Николай Николаевич Агаркин; Денис Александрович Близниченко (RU); Денис Александрович Близниченко
Original assignee: Юрий Робертович Гунгер; Николай Николаевич Агаркин
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-02-10

Abstract

FIELD: building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of building, namely to the construction of driven piles for soils characterized by presence of the process of ground frost heave. Pile with increased resistance to heaves is used in heaving soils and represents an elongated body in the form of a steel pipe. Diameter of the steel pipe at the site of the pile height, diving to a depth below the active layer of heaving soil, is not less than 219 mm and is performed larger than the diameter of the pipe at the site of the pile height, diving to a depth of the active layer of the heaving soil and equal not less than 159 mm.

EFFECT: simplified design, reduction of weight of the piles, reduction of its penetration into the soil in order to reduce the amount of construction works, reduction of the cost of building foundations construction in the conditions of heaving soils.

1 dwg, 1 ex, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям забивных свай для грунтов, характеризующихся наличием процесса морозного пучения грунта.The invention relates to the field of construction, namely, to designs of driven piles for soils, characterized by the presence of a process of frost heaving of the soil.

При строительстве различных объектов для сооружения фундаментов часто используются стальные сваи. При этом сечение сваи сохраняется постоянным по всей ее длине.In the construction of various facilities for the construction of foundations, steel piles are often used. In this case, the cross section of the pile remains constant over its entire length.

При устройстве фундаментов в пучинистых грунтах сваи подвергаются морозному пучению. Пучинистые грунты характеризуются тем, что при промерзании они увеличиваются в объеме, что приводит к поднятию поверхности грунта при его промерзании и опусканию его поверхности при его оттаивании. При наступлении холодов промерзание грунта происходит от поверхности грунта вглубь. При этом грунт примерзает к наружной поверхности сваи и, при поднятии своей поверхности, тянет сваю вверх. Эта вырывающая сила называется силой морозного пучения. Величина силы морозного пучения зависит от типа грунтов и пропорциональна площади поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом в зоне деятельного слоя грунта, т.е. в зоне слоя грунта, в котором наблюдаются сезонные промерзание и оттаивание.When building foundations in heaving soils, piles are subjected to frost heaving. Foamy soils are characterized by the fact that during freezing they increase in volume, which leads to a rise in the surface of the soil during freezing and lowering of its surface during thawing. With the onset of cold weather, soil freezing occurs from the surface of the soil inland. In this case, the soil freezes to the outer surface of the pile and, when lifting its surface, pulls the pile up. This pulling force is called the force of frost heaving. The magnitude of the frost heaving force depends on the type of soil and is proportional to the surface area of the pile in contact with the soil in the zone of the active soil layer, i.e. in the zone of the soil layer, in which seasonal freezing and thawing are observed.

Удерживается свая в грунте за счет силы трения на внешней поверхности сваи в грунте, расположенной ниже границы деятельного слоя. При этом удерживающая сила зависит от типа грунтов и пропорциональна площади поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом в зоне ниже деятельного слоя грунта. С целью увеличения несущей способности сваи на действие вырывающих нагрузок морозного пучения длина свай выполняется достаточно большой с тем, чтобы обеспечить достаточную площадь соприкосновения с грунтом ниже деятельного слоя. В случае выполнения свай из стандартных стальных труб с целью увеличения несущей способности свай на действие вырывающих нагрузок сваи могут выполняться с винтовым анкером в ее нижней части.The pile is held in the ground due to the friction force on the outer surface of the pile in the soil, located below the boundary of the active layer. In this case, the holding force depends on the type of soil and is proportional to the surface area of the pile in contact with the soil in the area below the active soil layer. In order to increase the load-bearing capacity of piles to the effect of tearing loads of frost heaving, the length of piles is made large enough to provide a sufficient area of contact with the soil below the active layer. In the case of piles made of standard steel pipes in order to increase the bearing capacity of piles to the action of tearing loads, piles can be performed with a screw anchor in its lower part.

Например, известна (SU №1381246, E02D 5/54, опубл. 15.03.1988) свая, предназначенная для использования в грунтах с характерным проявлением процесса морозного вспучивания и которая содержит ствол, шарнирно прикрепленные к нему нижние секции выдвижных элементов, которые соединены с верхними секциями посредством шарниров. На свободном конце каждой верхней секции имеется вертикальная прорезь, предназначенная для крепления ее к соединительному элементу при помощи косых шайб и гаек с возможностью перемещения. Соединительный элемент крепится к верхнему торцу ствола и перекрывается инвентарной прокладкой. Соотношение длин верхней и нижней секций составляет 1:0,04, причем шарниры крепления секций между собой расположены ниже границы деятельного слоя, а верхние грани верхних секций выступают над верхним торцом ствола на величину, не превышающую длины нижних секций.For example, it is known (SU No. 1381246, E02D 5/54, publ. March 15, 1988) a pile intended for use in soils with a characteristic manifestation of the process of frost expansion and which contains a trunk, lower sections of the sliding elements pivotally attached to it, which are connected to the upper sections through hinges. At the free end of each upper section there is a vertical slot designed for fastening it to the connecting element using oblique washers and nuts with the possibility of movement. The connecting element is attached to the upper end of the barrel and is blocked by an inventory gasket. The ratio of the lengths of the upper and lower sections is 1: 0.04, with the hinges for securing the sections to each other located below the boundary of the active layer, and the upper faces of the upper sections protrude above the upper end of the barrel by an amount not exceeding the length of the lower sections.

Недостатком данной сваи является сложность ее конструктивного исполнения, ненадежность конструкции в целом, обусловленная наличием шарнирных подвижных звеньев, что в условиях эксплуатации промерзаемых грунтов создает определенные трудности как при монтаже сваи из-за необходимости проведения операций по укладке звеньев после установки сваи в скважину, так и в период эксплуатации в случае неудачного размещения шарнирных звеньев по отношению к направлению вспучивания.The disadvantage of this pile is the complexity of its structural design, the unreliability of the structure as a whole, due to the presence of articulated movable links, which in the conditions of operation of frozen soils creates certain difficulties both during installation of the pile because of the need to carry out operations for laying the links after installing the pile in the well, and during operation in case of unsuccessful placement of the articulated links in relation to the direction of expansion

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, снижении веса сваи, уменьшении ее заглубления в грунт для снижения объема строительно-монтажных работ и снижении стоимости сооружения фундаментов в условиях пучинистых грунтов.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in simplifying the design, reducing the weight of the pile, reducing its burial in the ground to reduce the amount of construction and installation work and reducing the cost of construction of foundations in conditions of heaving soils.

Указанный технический результат достигается тем, что в свае с повышенной стойкостью к пучениям, используемой в пучинистых грунтах и представляющей собой удлиненное тело в виде стальной трубы, диаметр стальной трубы на участке высоты сваи, погружаемом на глубину ниже деятельного слоя пучинистого грунта, равен не менее 219 мм и выполнен больше диаметра этой трубы на участке высоты сваи, погружаемом на глубину деятельного слоя пучинистого грунта и равном не менее 159 мм.The specified technical result is achieved in that in a pile with increased resistance to heaving, used in heaving soils and representing an elongated body in the form of a steel pipe, the diameter of the steel pipe at the height of the pile, immersed to a depth below the active layer of the heaving soil, is at least 219 mm and made more than the diameter of this pipe in the height section of the pile, immersed to the depth of the active layer of heaving soil and equal to at least 159 mm.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These signs are significant and interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the possibility of achieving the desired technical result.

На чертеже изображена свая в грунте.The drawing shows a pile in the ground.

В рамках настоящей заявки рассматривается свая с повышенной стойкостью к пучениям, используемая в пучинистых грунтах и представляющая собой удлиненное тело в виде стальной трубы, со стороны наконечника 1 погружаемой на глубину h ниже высоты h₁ деятельного слоя пучинистого грунта. Диаметр стальной трубы на участке «а» 2 высоты сваи, погружаемом на глубину ниже деятельного слоя пучинистого грунта, равен не менее 219 мм и выполнен больше диаметра этой трубы на участке «б» 3 высоты сваи, погружаемом на глубину деятельного слоя пучинистого грунта и равном не менее 159 мм.In the framework of this application, a pile with increased resistance to heaving is used, used in heaving soils and representing an elongated body in the form of a steel pipe, from the side of tip 1 immersed to a depth h below the height h _{1 of the} active layer of heaving soil. The diameter of the steel pipe in section “a” 2 of pile height, immersed to a depth below the active layer of heaving soil, is at least 219 mm and made larger than the diameter of this pipe in section “b” 3 of pile height, immersed to the depth of the active layer of heaving soil and equal to not less than 159 mm.

Особенностью предлагаемой сваи с повышенной устойчивостью к воздействию сил морозного пучения является то, что свая в зоне деятельного слоя выполняется с меньшим внешним диаметром, а в зоне ниже деятельного слоя с большим внешним диаметром. При таком способе выполнения сваи уменьшается площадь соприкосновения сваи с грунтом в зоне деятельного слоя, что уменьшает силу морозного пучения, и увеличивается площадь соприкосновения сваи с грунтом в зоне ниже деятельного слоя, что увеличивает несущую способность сваи на действие вырывающих нагрузок. При этом верхнюю часть сваи целесообразно выполнять из трубы диметром не менее 159 мм, т.к. труба меньшего диаметра не позволит выполнить погружение сваи путем забивки или завинчивания, а нижнюю часть сваи - из трубы следующих по величине диаметров - не менее 219 мм, т.е. диаметр трубы сваи в нижней части должен быть как минимум на один шаг размерного ряда труб больше, чем диаметр трубы сваи в верхней части.A feature of the proposed pile with increased resistance to the effects of frost heaving is that the pile in the zone of the active layer is made with a smaller external diameter, and in the zone below the active layer with a large external diameter. With this method of pile implementation, the area of contact of the pile with the soil in the zone of the active layer is reduced, which reduces the force of frost heaving, and the area of contact of the pile with soil in the zone below the active layer is increased, which increases the bearing capacity of the pile on the action of tearing loads. In this case, the upper part of the pile should be made of a pipe with a diameter of at least 159 mm, because a pipe of a smaller diameter will not allow the pile to be immersed by driving or screwing, and the lower part of the pile - from a pipe of the following largest diameters - at least 219 mm, i.e. the diameter of the pile pipe in the lower part must be at least one step in the pipe size range larger than the diameter of the pile pipe in the upper part.

При погружение такой сваи в грунт можно также использовать лидерную скважину с диаметром, достаточным для погружения нижней части трубы. При этом между поверхностью верхней части трубы и стенками котлована образуется свободное пространство. Это пространство заполняется грунтом из объема, выведенного наружу при образовании скважины. При использовании других технологий сваю либо завинчивают за счет навивки, имеющейся на наружной поверхности нижней части трубы, либо забивают в грунт. Образовавшееся пространство между верхней частью трубы и стенками котлована заполняют грунтом.When immersing such a pile in the ground, you can also use a leader well with a diameter sufficient to immerse the bottom of the pipe. In this case, free space is formed between the surface of the upper part of the pipe and the walls of the pit. This space is filled with soil from the volume brought out during the formation of the well. When using other technologies, the pile is either screwed up by winding on the outer surface of the lower part of the pipe, or driven into the ground. The resulting space between the upper part of the pipe and the walls of the pit is filled with soil.

В качестве примера рассмотрим эффективность предлагаемой сваи на свайном фундаменте из стальной трубы диаметром 325 мм в условиях пучинистых грунтов. Стандартное заглубление для такой сваи в пучинистых грунтах с глубиной деятельного слоя в 3 метра составляет 9 метров. В случае уменьшения диаметра трубы в зоне деятельного слоя до 219 мм мы уменьшаем площадь соприкосновения сваи с грунтом на 32,6%. Это приводит к снижению сил морозного пучения на такую же величину. Соответственно, свая обладает большей несущей способностью к стойкости по отношению к силам морозного пучения на 32,6%, либо на такую же величину мы можем сократить несущую способность сваи на действие вырывающих нагрузок за счет уменьшения длины сваи в зоне ниже деятельного слоя. При этом длина сваи в зоне ниже деятельного слоя уменьшится на величину, равную (9-3)×0,36=2,16 метра.As an example, we consider the effectiveness of the proposed piles on a pile foundation made of steel pipe with a diameter of 325 mm in conditions of heaving soils. The standard depth for such a pile in heaving soils with an active layer depth of 3 meters is 9 meters. In the case of reducing the diameter of the pipe in the zone of the active layer to 219 mm, we reduce the area of contact of the pile with the soil by 32.6%. This leads to a decrease in the forces of frost heaving by the same amount. Accordingly, the pile has a greater bearing capacity to resistance to frost heaving forces by 32.6%, or we can reduce the pile's bearing capacity to the action of tearing loads by the same amount by reducing the length of the pile in the zone below the active layer. In this case, the length of the pile in the zone below the active layer will decrease by an amount equal to (9-3) × 0.36 = 2.16 meters.

Таким образом, заглубление сваи, выполненной из стальной трубы диаметром 219 мм в зоне деятельного слоя и из стальной трубы диметром 325 мм в зоне ниже деятельного слоя, можно выполнять на глубину 6,84 метра, вместо 9 метров для сваи, целиком выполненной из стальной трубы диаметром 325 мм.Thus, the penetration of a pile made of a steel pipe with a diameter of 219 mm in the zone of the active layer and of a steel pipe with a diameter of 325 mm in the zone below the active layer can be performed to a depth of 6.84 meters, instead of 9 meters for a pile entirely made of steel pipe diameter 325 mm.

Настоящее изобретение промышленно применимо. Эффективность применения сваи в виде ступенчатой трубы в грунтах, склонных к морозному вспучиванию, подтверждена проведенными строительными работами по формированию свайного фундамента и устройства ограждающих и ограждающе-несущих конструкций котлованов.The present invention is industrially applicable. The effectiveness of the use of piles in the form of a stepped pipe in soils prone to frost expansion is confirmed by the construction work carried out to form the pile foundation and the device of the enclosing and enclosing bearing structures of the foundation pits.

Claims

A pile with increased resistance to heaving, used in heaving soils and representing an elongated body in the form of a steel pipe, characterized in that the diameter of the steel pipe at the height of the pile, immersed to a depth below the active layer of heaving soil, is at least 219 mm and more the diameter of this pipe in the pile height section, immersed to the depth of the active layer of heaving soil and equal to at least 159 mm.