Результат интеллектуальной деятельности: Способ повышения несущей способности сваи по грунту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для повышения несущей способности свай по грунту в составе свайного фундамента зданий и сооружений различного назначения.

Известен способ повышения несущей способности по грунту бетонной сваи посредством выполнения на ее поверхности ребер диаметром больше, чем диаметр сваи, расположенных с определенным шагом. Ребра изготавливают при бетонировании тела сваи путем заполнения бетоном полостей на внутренней поверхности специальной опалубки (см. Набережный А.Д. Исследование способов повышения несущей способности основания по боковой поверхности свайных фундаментов / А.Д. Набережный, Г.П. Кузьмин // Материалы XI международного симпозиума по проблемам инженерного мерзлотоведения. - Якутск. - 2017. - С. 280-281).

Недостатком данного способа является его высокая трудоемкость в виду сложности реализации, что может привести к повышению вероятности возникновения брака в изготавливаемой свае, и, как следствие, к снижению ее несущей способности по грунту. Это обусловлено необходимостью производства опалубки сложной геометрической формы, что влечет за собой трудность повторения размеров формы каждого ребра, а также неполное заполнение полости формы бетонным раствором. При этом известный способ обусловлен сложностью аналитического прогнозирования несущей способности сваи по грунту с достаточной точностью в виду того, что при создании ребер вдоль боковой поверхности сваи помимо касательных реактивных сил возникают еще и нормально направленные к горизонтальной поверхности ребра, адекватно оценить которые является достаточно проблематичной задачей. Кроме того, данный способ ограничен его применением только на бетонных сваях.

Известен способ повышения несущей способности по грунту металлической сваи посредством крепления к ее поверхности винтовых спиралей, представляющих собой металлические листы, приваренные к наружной поверхности сваи с определенной частотой (см. пат. РФ №2278211, E02D 5/30, E02D 5/56).

Недостатком известного способа является его высокая трудоемкость в виду сложности реализации и, как следствие, высокой вероятности возникновения брака в изготавливаемой свае, что может привести к снижению ее несущей способности по грунту. Это обусловлено необходимостью приваривания металлических листов к поверхности сваи под определенным углом и с определенным шагом, так называемой винтовой спирали, что влечет за собой трудность повторения ее частоты по всей длине сваи. При этом данный способ обусловлен сложностью аналитического прогнозирования несущей способности сваи по грунту с достаточной точностью в виду того, что при создании винтовой спирали вдоль боковой поверхности сваи помимо касательных реактивных сил возникают еще и нормально направленные к поверхности спирали, адекватно оценить которые является достаточно проблематичной задачей. Кроме того, известный способ ограничен его применением только на металлических сваях.

Техническая проблема известных способов повышения несущей способности сваи по грунту заключается в высокой трудоемкости их изготовления при одновременной сложности адекватной оценки несущей способности сваи по грунту аналитическими методами расчета. Кроме того, известные способы ограничены их применением на определенном материале свай.

Сущность заявляемого изобретения заключается в создании искусственной шероховатости на наружной поверхности сваи путем равномерного нанесения и соединения с ней материала, формирующего шероховатость. Причем наносимый на наружную поверхность сваи материал может быть сыпучим и наноситься путем осыпания поверхности сваи или предварительно изготовленным матом с заданными размерами и шероховатостью. Соединение формирующего шероховатость материала, вне зависимости от его типа, с поверхностью сваи осуществляют посредством связующего материала.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в снижении трудоемкости изготовления сваи с повышенной несущей способностью по грунту путем создания равномерной шероховатости на наружной поверхности сваи, позволяющей увеличить зацепление частичек грунта с искусственно созданными неровностями на поверхности сваи. При этом равномерно нанесенный по всей длине сваи материал воспринимает исключительно касательные реактивные силы, не создавая никаких выступов, провоцирующих возникновение нормальных реактивных сил. Это позволяет установить силы трения грунта о созданную поверхность сваи стандартными срезными испытаниями, а полученные данные с достаточной точностью использовать при аналитическом определении несущей способности свай по грунту.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где схематично изображена свая с повышенной шероховатостью.

Свая 1, выполненная из любого конструкционного материала, на наружную поверхность которой равномерно нанесен материал 2, формирующий ее искусственную шероховатость. Данный материал может быть сыпучим, например, песок или предварительно изготовленным и представлять собой мат с требуемой шероховатостью. Данный материал 2, вне зависимости от его типа, соединен со сваей 1 при помощи связующего материала 3, например, клея. Вид материала 2 назначают в зависимости от требуемой степени повышения несущей способности сваи по грунту. Вид связующего материала 3 назначают в зависимости от геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, так чтобы не происходило химической коррозии компонентов связующего материала.

Создание равномерной искусственно повышенной шероховатости на поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом, позволяет повысить ее надежность, снизив трудоемкость изготовления в виду отсутствия сложных технологических операций по изготовлению оснастки или ведению работ. А также позволяет уменьшить сложность аналитического расчета в виду возникновения на поверхности сваи исключительно касательных реактивных сил грунта, упрощающих ведение расчетов по определению несущей способности сваи по грунту.

Заявляемый способ реализуют следующим образом.

Предварительно перед нанесением связующего материала 3 сваю 1 заводского изготовления, выполненную из любого конструкционного материала, очищают от грязи, пыли и других загрязнений. Металлические сваи дополнительно очищаю от ржавчины при ее наличии. Затем на наружную поверхность сваи 1, размеры который указаны в проектных документах, равномерно наносят слой связующего материала 3, например, клея. Вид связующего материала назначают в проекте в зависимости от геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, так чтобы не происходило химической коррозии, или любой другой деструкции, компонентов связующего материала. Далее на связующий материал 3 наносят материал 2, который может быть сыпучим или предварительно изготовленным матом с определенной шероховатостью. Вид сыпучего материала, или же шероховатость предварительно изготовленного мата, назначается в проекте в зависимости от требуемой степени повышения несущей способности сваи по грунту. Связующий материал 3 обеспечивает надежное соединение шероховатого материала 2 на поверхности сваи 1. После нанесения шероховатого материала 2 сваю 1 выдерживают определенное время в определенных условиях, обозначенных в технических условиях, принятых в проектных документах связующего материала 3.

Шероховатый материал 2 формирует на наружной поверхности сваи 1 шероховатость путем создания на ней неровностей, сопоставимых по размеру с частицами окружающего грунта, вследствие чего контакт грунта и сваи 1 становится более прочным.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить площадь поверхности соприкосновения сваи и грунта путем искусственно созданной шероховатости на поверхности сваи, что обеспечивает высокую несущую способность сваи по грунту при снижении трудоемкости ее изготовления. При этом высота созданных неровностей позволяет считать созданную поверхность относительно ровной и получать значения трения грунта о поверхность сваи существующими стандартными методам, что обеспечивает возможность аналитического расчета несущей способности сваи по грунту при ее проектировании.