Результат интеллектуальной деятельности: СВАЯ

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям висячих свай, в том числе из бетона и железобетона, предназначенных для использования при возведении свайных фундаментов в связных и сыпучих грунтах, в том числе пониженной прочности, сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтах.

Из существующего уровня техники известна свая повышенной несущей способности, содержащая армирующий каркас из продольных стержней арматуры. На боковой поверхности сваи выполнены каналы для выхода нагнетаемого раствора через стальную трубу, причем верхний конец трубы выведен наружу над уровнем грунта. На месте одного или нескольких продольных стержней арматуры расположены соответственно одна или несколько стальных труб. Каждая труба имеет несколько расположенных в разных уровнях трубы отверстий для выхода через каналы нагнетаемого раствора. Нижние концы труб закрыты наглухо внутри сваи. Диаметры труб преимущественно равны диаметрам стержней арматуры (RU 2389850, МПК E02D 5/62, С1, опубл. 20.05.2010).

Недостатком такого технического решения является более сложная конструкция, предусматривающая использование вместо одного или нескольких продольных стержней арматуры одну или несколько стальных труб, имеющих несколько расположенных в разных уровнях трубы отверстий. Причем, поскольку каждая труба имеет несколько расположенных в разных уровнях трубы отверстий, то требуются дополнительные мероприятия, направленные на предохранение полостей используемых стальных труб от заполнения раствором в процессе изготовления сваи.

Так же известна свая, включающая ствол, состоящий из продольных расходящихся от центра элементов, причем продольные элементы в плане выполнены изогнутыми в одну и ту же сторону с образованием каждой парой смежных элементов в плане открытого наружу контура. При этом каждый продольный элемент может иметь в плане ломаную или криволинейную конфигурацию (RU 2109879, МПК E02D 5/30, E02D 27/35, С1, опубл. 24.04.1998).

Недостатком такого технического решения является сложность при изготовлении конструкции, которая заключается в том, что необходимо использовать сложные в изготовлении продольные элементы, которые в плане выполнены изогнутыми в одну и ту же сторону с образованием каждой парой смежных элементов в плане открытого наружу контура.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению являются сваи призматической формы сплошного поперечного сечения в виде квадрата, цельные и составные, с поперечным армированием ствола сваи (ГОСТ 19804-2012 «Сваи железобетонные заводского изготовления. Общие технические условия»). Сваи по ГОСТ 19804-2012 имеют призматическую форму со сплошным поперечным сечением в виде квадрата.

Недостатком такого технического решения является нерациональный расход материалов на единицу ее несущей способности.

Задачами, на решение которых направлено изобретение, являются: усовершенствование конструкции сваи, позволяющей рационально использовать материалы при изготовлении сваи, приводящее к повышению ее несущей способности при одновременном сохранении расхода бетона на ее изготовление, и обеспечении простоты ее изготовления.

Данный технический результат достигается тем, что предложена свая призматической формы сплошного поперечного сечения, цельная или составная с поперечным армированием ствола, в качестве формы поперечного сечения используется равносторонний треугольник, площадь S_тр которого равна площади S_кв квадратного поперечного сечения соответствующей сваи по ГОСТ 19804-2012 «Сваи железобетонные заводского изготовления. Общие технические условия»:

S_тр=S_кв

Известно, что площадь S_тp равностороннего треугольника равна:

,

где b - длина стороны равностороннего треугольника.

Площадь S_кв квадрата равна:

S_кв=a ²,

где а - длина стороны квадрата.

При условии равенства площадей равностороннего треугольника и квадрата длина стороны равностороннего треугольника определяется зависимостью:

Периметр Р_кв квадрата равен:

Р_кв=4·а.

Периметр Р_тр равностороннего треугольника будет равен:

Таким образом, при равенстве площадей квадрата и равностороннего треугольника:

Р_тр>Р_кв.

Поскольку длина периметра равностороннего треугольника больше длины периметра квадрата равной равностороннему треугольнику площади и несущая способность сваи зависит от длины периметра ее поперечного сечения, то несущая способность сваи с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника согласно СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85» при прочих равных условиях будет больше несущей способности сваи с поперечным сечением в форме квадрата.

Так, например, если использовать рассматриваемые сваи в качестве висячих забивных, то несущая способность F_d сваи длиной 7 метров с поперечным сечением в форме квадрата, длина стороны которого равна 0,3 метра, пылевато-глинистый грунт с показателем текучести I_L=0,2 согласно СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85» определяется по формуле:

F_d=γ_c[γ_cRRA+uΣγ_cff_ih_i],

где γ_с - коэффициент условий работы сваи в грунте; γ_cR - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; γ_cf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; А - площадь опирания на грунт сваи, м²; h_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; u_i - наружный периметр i-го сечения сваи, м; f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа.

Согласно СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85» коэффициент γ_с условий работы сваи в грунте принимается равным γ_с=1; коэффициент γ_cR условий работы грунта под нижним концом сваи принимается равным γ_cR=1; коэффициент γ_cf условий работы грунта на боковой поверхности сваи принимается равным γ_cf=1; расчетное сопротивление R грунта под нижним концом сваи для заданного вида грунта равно R=4300 кПа; площадь А опирания сваи на грунт равна А=0,3·0,3=0,09 м²; толщины слоев грунта, соприкасающихся с боковой поверхностью сваи, равны h₁=h₂=h₃=2 м, h₄=1 м; наружный периметр u сечения сваи равен u=4·0,3=1,2 м; расчетные сопротивления слоев грунта основания на боковой поверхности сваи равны f₁=35 кПа, f₂=48 кПа, f₃=56 кПа, f₄=59 кПа.

Таким образом, несущая способность F_d,кв висячей забивной сваи с поперечным сечением в форме квадрата будет равна:

F_d,кв=γ_с[γ_cRRA+uΣγ_cff_ih_i]=1·[1·4300·0,09+1,2·(1·35·2+1·48·2+1·56·2+1·59·1)]=791,4 кН.

Рассмотрим преимущества сваи с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника (см. фиг.1).

Несущая способность F_d,тр висячей забивной сваи с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника, имеющего периметр, равный u=4,56·0,3=1,368 м, будет равна:

F_d,mp=γ_с[γ_cRRA+uΣγ_cff_ih_i]=1·[1·4300·0,09+1,368·(1·35·2+1·48·2+1·56·2+1·59·1)]≅848 кН.

Очевидно, что несущая способность F_d,тр сваи с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника больше несущей способности F_d,кв сваи с поперечным сечением в форме квадрата. Поскольку длины рассчитанных свай одинаковы, а так же равны между собой площади их поперечного сечения, то расход материалов на изготовление свай будет одинаковым. Кроме того, треугольная форма поперечного сечения и отсутствие в ее составе сложных, в том числе изогнутых, элементов обеспечит простоту изготовления сваи.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить несущую способность сваи при одновременном сохранении расхода бетона на ее изготовление и одновременно обеспечить простоту ее изготовления.