СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ БУРОНАБИВНОЙ СВАИ

Предполагаемое изобретение относится к строительству, в частности к устройству свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых в стесненных условиях.

За аналог примем буронабивную сваю, которая выполняется путем заполнения полости скважины монолитным железобетоном [1]. Недостатком аналога является значительно меньшая несущая способность буронабивной сваи по сравнению с забиваемой, а также большие неравномерные осадки каждой из свай и всего сооружения.

Известны также фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным основанием [2]. Основным недостатком такого фундамента является невозможность его устройства вблизи зданий старой застройки, вследствие опасного влияния значительных динамических колебаний на строительные конструкции существующего сооружения. Известны фундаменты с реактивными двигателями [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9].

За прототип примем патент RU №2230157 [6].

Технический результат изобретения - повышение несущей способности буронабивных свай и исключение неравномерных просадок отдельных свай и всего сооружения.

Технический результат по способу повышения несущей способности буронабивных свай реализован тем, что каждую буронабивную сваю выполняют из двух элементов: нижнюю часть - из сыпучего рабочего тела (щебня, шлака и тому подобного материала) взаимодействующего с грунтовым основанием, а верхнюю часть сваи сооружают монолитной, железобетонной с крестообразным оголовком. Причем подошва рабочего тела залегает глубже глубины промерзания грунта.

Способ заключается в том, что возводят монолитный, железобетонный ростверк и частично возводят все сооружение.

Монтируют на крестообразные оголовки свай пары домкратов-пульсаторов двойного возвратно-поступательного действия, упирают их плунжеры в ростверк сооружения.

Пары домкратов-пульсаторов, соединяют маслопроводами с пульсирующей насосной станцией, с пульта включают домкраты-пульсаторы и импульсами впрессовывают верхнюю монолитную часть сваи вглубь.

Впрессовывают пятой монолитной сваи рабочее тело в рыхлое грунтовое основание, трансформируют форму поверхности контакта рабочего тела с грунтовым основанием в каплевидную, грушевидную форму.

Обжимают поверхностью контакта рабочего тела слабое грунтового основания под ним и вокруг него, предварительно напрягают, уплотняют и упрочняют, этим слабые рыхлые зоны грунтового основания, до проектного значения силы.

По манометрам контролируют развиваемое парой домкратов-пульсаторов давление, в несколько раз увеличивают несущую способность каждой из свай. Выравнивают прочность и деформативность зоны контакта грунтового основания с рабочим телом, выравнивают несущую способность свай по отношению друг к другу и предотвращают появление неравномерных осадок, и исключают крен сооружения.

На фиг.1 показана буронабивная свая до процесса вдавливания предварительного напряжения железобетонного ствола сваи, на фиг.2 - после вдавливания, предварительного напряжения ствола сваи; на фиг.3 - буронабивная свая с конкретными размерами до задавливания; на фиг.4 - буронабивная свая для конкретного примера после задавливания.

Технологическая последовательность сооружения буронабивной сваи заключается в следующем. Буровыми станками или специальными устройствами формируют скважину необходимого диаметра и глубины. В скважину механизированным способом засыпают щебень 1, высота слоя которого определяется расчетом, низ слоя щебня должен располагаться в несущем слое, ниже глубины промерзания грунта 2. Сверху на щебень опирают монолитный железобетонный ствол сваи 3, который должен обеспечить прочность и устойчивость сваи в слабом грунте 4. Железобетонный ствол сваи возводится до ростверка надземной части здания 5. Оголовок 6 верхней части ствола сваи выполняют крестообразным для установки пары домкратов-пульсаторов 7, обеспечивающих предварительное напряжение всей системы, вдавливанием верхней монолитной части сваи 3. Под воздействием усилий пары домкратов-пульсаторов 7, величины которых контролируется образцовыми манометрами, формируют уширение нижней части сваи из щебня 8, уплотняют прилегающий несущий слой грунта 9, этим регулируют несущую способность буронабивной сваи, регулируют предварительное ее напряжение величиной вдавливания железобетонного ствола сваи 3. Этим увеличивают диаметр сыпучего рабочего тела 8 под подошвой и регулируют передачу усилий от монолитных железобетонных свай 3 на сыпучее рабочее тело 8. Уплотняют слабое грунтовое основание 2 под интрузивом, аналогично способу, приведенному в патенте [6].

Пример конкретной реализации

1. Расчет буронабивной сваи без задавливания железобетонного ствола 2. На фиг.3 приведены основные параметры буронабивной сваи.

Расчет ведем для буронабивной сваи диаметром ⌀500 мм и длиной 5 м.

Несущую способность F_d буронабивной сваи определяем согласно [1]:

F_d=γ_c(γ_cR·R·A+uΣγ_cff_i·h_i).

Для нашего случая:

f_i=0,039 МПа;

h_i=100 см;

R=0,65 МПа;

при S_r=0,85<0,9; γ_c=0,8; γ_cR=1; γ_cf=0,6;

;

u=π·50=157 см.

Сопротивление грунта по боковой поверхности сваи в насыпном грунте не учитываем. Для глубины заложения нижнего конца сваи h=5 м и J_L=0,3 имеем R=0,65 МПа.

Средняя глубина расположения слоя грунта для учета сопротивления по боковой поверхности d=4,5 м, f_i=0,039 МПа.

Несущая способность сваи:

F_d=0,8(1·0,65·1963+157·0,6·0,039·100)=1314,7 гН.

2. Расчет буронабивной сваи с уширенным основанием. На фиг.4 приведены основные параметры буронабивной сваи с уширенным основанием.

После вдавливания буронабивной сваи на глубину 1 м в основании сваи формируется интрузив из щебня, имеющего увеличенный диаметр в плане по отношению к монолитной части сваи. При заполнении скважины щебнем на высоту 1,2 м объем щебня составляет:

V=A·h=0,19625·1,2=0,235 м³.

Радиус интрузива при данном объеме щебня равен:

Площадь уширения:

A=π·r²=π·38²=4536 см².

Согласно [1] сваи, погружаемые вдавливанием в предварительно пробуренные лидерные скважины с заглублением концов свай не менее 1 м ниже забоя скважины относятся к категории свай, устраиваемых без выемки грунта. Несущую способность F_d сваи, погружаемой без выемки грунта, определяем согласно [1]:

F_d=γ_c(γ_cR·R·A+uΣγ_cff_i·h_i).

γ_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый γ_c=1;

γ_cR=1,0 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи;

R - расчетное сопротивление грунта под уширением. При d=6 м и J_L=0,3 R=3,05 МПа;

A=4500 см² - площадь уширения;

u=157 см - наружный периметр поперечного сечения сваи;

f_i=0,039 МПа - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

h_i=100 см - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

γ_cf=0,5 - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности.

Тогда:

F_d=1(1·3,05·4500+157·0,5·0,039·100)=14031 гН

То есть при вдавливании буронабивной сваи, со слоем щебня в нижней части на глубину не менее 1 м ее несущая способность повышается более, чем в 10 раз (сопоставление с прототипом).

По сравнению с выше приведенным аналогом технический результат достигнут тем, что буронабивная свая изготавливается двухслойной, нижний слой которой состоит из щебня, а верхний слой представляет собой железобетонный ствол, на который опирается надземная часть здания, при вдавливании ствола сваи формируется уширение из нижнего слоя щебня и уплотняется зона несущего слоя грунта, расположенная вблизи рассматриваемой сваи, в результатен изменения расчетых характеристик несущая способность буронабивной сваи повышается в несколько раз.

Литература

1. СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты».

2. СП 50-104-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

3. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кузина В.Н. Фундамент под металлическую колонну, способ его сооружения и рихтования. Патент России №2123091. М., Кл. E02D 27/00, 27/50. Бюл. №34, 10.12.1998.

4. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А., Лаштанкин А.С. Фундамент для внецентренно нагруженной колонны. Патент России №2225480. E02D 27/00, 27/50. Бюл. №7, 10.03.2004.

5. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Либаров А.В. Способ управления напряженным состоянием рамы двухпролетного здания фундаментами с реактивными двигателями. Патент России №2319811. E02D 35/00.

6. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кострыкин П.А., Туманов В.А. Способ управления осадкой осевшего фундамента. Патент России №2230157. E02D 35/00, 37/00. Бюл. №6, 27.02.2004. Прототип.

7. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Карев М.А., Куничкин П.В. и др. Способ управления неравномерными осадками здания на ленточных фундаментах. Патент России №2319810 С2. Заявка 2005 116391. E02D 35/00 (2006.01). Бюл. №8, 23.03.2008.

8. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Куничкин П.В. Усилитель грузоподъемности гидродомкрата. Патент России №2325484. Заявка на изобретение №2006 128807/03 (013927) 2007-09-10. Решение о выдаче 17 сент. 2007. Бюл. №15, 27.05.2008.

9. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Чернецов А.С. Шпала для скоростного рельсового пути. Патент России №2324783. Е01В 3/16, Е01В 3/44. Заявка на изобретение №2006 112729/11 (013849). 2007.09.10. Бюл. №14, 20.05.2008.