СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ДЛЯ ВЕЧНОМЕРЗЛОГО ГРУНТА

Изобретение относится к строительству, к способам изготовления свайных фундаментов сооружений, включающих расчет несущих нагрузок свай, погружаемых в вечномерзлый грунт.

Известна «Свая» (SU 1206387) [1], вмораживаемая в вечномерзлый грунт, включающая ствол, имеющий выступы по боковой поверхности.

Недостатком известной сваи является отсутствие точного расчета нагрузки, что приводит либо к избыточности материалов и прочих затрат при установке сваи либо (при недостаточности нагрузочной способности) к дефектам строительства в целом.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления свайного фундамента для вечномерзлого грунта, включающий бурение скважины, помещение сваи в скважину, заполнение пазухи между стенками скважины и сваей грунтовым или известково-песчаным раствором, выдержку до промерзания раствора, причем свая изготавливается в соответствии с предварительным расчетом, при этом производят расчет давления на мерзлый грунт под нижним концом сваи и расчет сопротивления мерзлого грунта или раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи в пределах i-го слоя грунта, включая расчет сопротивления зубцов, имеющих нижние и верхние грани «Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу I» (СНиП 2.02.04-88, п.3.20 [2] формула (3) [4])

Недостатком известного способа [2] является неточность расчета сваи при наличии выступов на боковой поверхности. Неточность расчета приводит либо к завышенным расходам при строительстве, либо при переоценке несущей способности к дефектам строительства и, в крайнем случае, к разрушению постройки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности расчета нагрузки сваи для вечномерзлого грунта, что приводит к оптимизации расходов при строительстве и повышению надежности постройки.

Технический результат достигается тем, что сваи изготавливают в соответствии с расчетом дополнительной нагрузки для выступов боковой поверхности, учитывая сопротивление грунта нижним граням зубцов, а окончательная формула расчета имеет вид:

,

где R - расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи, R'_i - давление нижних граней зубцов на грунт в пределах i-го слоя; τ_i - сопротивление грунта на сдвиг в пределах i-го слоя; A₁ - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов; A_i - площадь опирания нижних граней зубцов на грунт в пределах i-го слоя; A_τ,i - площадь среза грунта концами зубцов; α - угол наклона грани зубца.

Пример расчета цилиндрической сваи

Внешний вид вмораживаемой в вечномерзлый грунт сваи показан на Фиг.1 (разрез), где

1 - граница поверхности земли,

2 - граница сезонного протаивания,

3 - вечномерзлый грунт,

4 - головка сваи,

5 - зубцы сваи,

6 - верхние грани зубцов,

7 - нижние грани зубцов,

8 - нижний торец сваи,

A₁ - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов, равная ,

A_i - площадь опирания нижней грани i-го зубца на грунт, равная .

Расчет несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с зубцами на боковой поверхности проводится при принятом расстоянии между зубцами l=4 k, где k=(d₂-d₁)/2·tgα - проекция наклонной образующей на вертикальную ось сваи. Количество зубцов на свае, погруженных в вечномерзлый грунт на глубину h_af,

Площадь поверхности торца сваи ;

Суммарная площадь нижних граней зубцов на свае

Суммарная площадь сдвига сваи по боковой поверхности

А_τ=πd₂h_af.

Параметры сваи: d₁=40 см; d₂=45 см; h_af=4,5 м; α=45°.

Вечномерзлые грунты - однородные мелкозернистые пески с максимальной в годовом периоде средней по глубине заложения температурой вечномерзлого грунта T_e=-1,5°С и температурой вечномерзлого грунта на глубине заложения сваи на момент установления максимальной температуры грунта T_z=-2,0°С. По СНиП 2.02.04-88 «Основания фундаменты на вечномерзлых грунтах» расчетное давление на мерзлые пески при T_z=-2,0°С, R=1700 кПа, при T_e=-1,5°С - R=1500 кПа; R_af=160 кПа и сопротивление сдвигу по грунту при T_e=-1,5°С τ=210 кПа.

Формула расчета и величина несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с зубцами на боковой поверхности при приведенных расчетных параметрах

Для сравнения расчет по формуле [2] расчета и величины несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с гладкой боковой поверхностью дает результат:

Нагрузочная способность сваи с гладкой боковой поверхностью существенно ниже, чем сваи с зубчатой боковой поверхностью, что позволяет нагружать сваю с зубцами большей, рассчитанной по указанной формуле, нагрузкой и либо существенно экономить на количестве свай при строительстве, либо уменьшать материалоемкость каждой сваи без потери несущей способности сваи и уменьшения надежности постройки.

Промышленное применение

Изобретение может быть с успехом применено для расчета сваи, вмораживаемой в вечномерзлый грунт.