свая, вмораживаемая в вечномерзлый грунт, и способ возведения вмораживаемой в вечномерзлый грунт сваи

Формула изобретения

1. Свая, вмораживаемая в вечномерзлый грунт, включающая ствол с нижним плоским торцом и выступами в виде арматурных стержней, отличающаяся тем, что арматурные стержни заделаны в нижний плоский торец ствола или прикреплены к нему и объединены по высоте поперечной арматурой в пространственный каркас, причем свая снабжена лидирующим наконечником в виде конуса с основанием, диаметр которого не меньше диаметра ствола, а арматурные стержни свободными концами заделаны в основание конуса, при этом нижний плоский торец ствола расположен ниже границы слоя сезонного оттаивания вечномерзлого грунта.

2. Свая по п.1, отличающаяся тем, что стержни пространственного каркаса размещены друг от друга на расстоянии, не превышающем 6 диаметров каждого стержня.

3. Свая по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что расстояние между смежными элементами поперечной арматуры не превышает 10 см.

4. Способ возведения вмораживаемой в вечномерзлый грунт сваи, включающий бурение в вечномерзлом грунте скважины, установку в скважину ствола сваи и заполнение околоствольного пространства материалом заполнения с последующим смерзанием поверхности ствола, материала заполнения и грунта стенок скважины, отличающийся тем, что используют ствол с прикрепленным к нижнему плоскому его торцу пространственным каркасом из продольных стержней и поперечной арматуры, другой конец которого заделан в лидирующий наконечник в виде конуса, причем заполнение околоствольного пространства осуществляют перед установкой в скважину ствола путем размещения его в цилиндрической опалубке диаметром, соответствующим диаметру скважины, заполнения опалубки материалом заполнения и его замораживания, а перед установкой ствола в скважину его распалубливают.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед установкой ствола в скважину стенки ее оплавляют паром.

6. Способ по пп.4 и 5, отличающийся тем, что в качестве материала заполнения используют водопесчаный раствор, или буровой шлам, или грунт, улучшенный добавками цемента или других наполнителей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении свайных фундаментов зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах.

Известны сваи, включающие ствол с металлическими выпусками в нижней части либо в виде отдельных стержней, либо в виде профильного элемента /1-6/.

Однако эти конструкции не предназначены для использования в вечномерзлых грунтах.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой свае является свая, вмороженная в вечномерзлый грунт, включающая ствол с нижним плоским торцом и выступами в виде заделанных в ствол арматурных стержней /7/.

В известной конструкции выступы расположены на боковой поверхности ствола и, улучшая сцепление ствола с окружающим грунтом, способствуют повышению несущей способности сваи на выдергивающие и вдавливающие нагрузки. Однако недостатком известной конструкции является недостаточная несущая способность на горизонтальные нагрузки и прочность, а также технологические сложности при изготовлении.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу возведения вмораживаемой в вечномерзлый грунт сваи является способ возведения вмороженной в вечномерзлый грунт сваи, включающий бурение в вечномерзлом грунте скважины, установку в скважину ствола сваи и заполнение околоствольного пространства материалом заполнения с последующим смерзанием поверхности ствола, материала заполнения и грунта стенок скважины /8/.

Недостатком такого способа является недостаточная прочность сваи, а также ее несущая способность на горизонтальные нагрузки, трудоемкость операции по заполнению околоствольного пространства, невозможность контроля качества смерзания ствола с материалом заполнения и стенками скважины, а также длительность процесса смерзания вследствие того, что при заполнении околоствольного пространства может иметь место значительное оттаивание грунта стенок скважины, что приводит к затягиванию сроков смерзания сваи с грунтом.

Задачей изобретения является повышение несущей способности сваи на горизонтальные нагрузки, а также снижение трудоемкости и сроков возведения при одновременном повышении качества возводимой конструкции, ускорении смерзания ее с окружающим грунтом и обеспечении возможности контроля заполнения околоствольного пространства.

Указанная задача решается за счет того, что в свае, вмораживаемой в вечномерзлый грунт, включающей ствол с нижним плоским торцом и выступами в виде заделанных в ствол арматурных стержней, арматурные стержни заделаны в нижний плоский торец ствола или прикреплены к нему и объединены по высоте поперечной арматурой в пространственный каркас, причем свая снабжена лидирующим наконечником в виде конуса с основанием, диаметр которого не меньше диаметра ствола, а арматурные стержни свободными концами заделаны в основание конуса, при этом нижний плоский торец ствола расположен ниже слоя сезонного оттаивания вечномерзлого грунта не менее, чем на три размера поперечного сечения ствола. При этом стержни пространственного каркаса могут быть размещены друг от друга на расстоянии, не превышающем 6 диаметров каждого стержня; расстояние между смежными элементами поперечной арматуры может не превышать 10 см.

В способе возведения вмораживаемой в вечномерзлый грунт сваи, включающем бурение в вечномерзлом грунте скважины, установку в скважину ствола сваи и заполнение околоствольного пространства материалом заполнения с последующим смерзанием поверхности ствола, материала заполнения и грунта стенок скважины, используют ствол с прикрепленным к нижнему плоскому его торцу пространственным каркасом из продольных стержней и поперечной арматуры, другой конец которого заделан в лидирующий наконечник в виде конуса, причем заполнение околоствольного пространства образуют на самом стволе перед установкой ствола в скважину путем размещения ствола в цилиндрической опалубке диаметром, соответствующим диаметру скважины, заполнения опалубки материалом заполнения и его замораживания, а перед установкой ствола в скважину его распалубливают.

При этом перед установкой ствола в скважину стенки ее могут оплавлять паром. В качестве материала заполнения могут использовать буровой шлам, водопесчаный раствор или грунт, улучшенный цементом или другими добавками.

На фиг. 1 изображена свая, продольный разрез; на фиг.2 свая в опалубке, продольный разрез; на фиг.3 свая в скважине, продольный разрез; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3, вариант выполнения ствола трубчатым; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.3.

Свая включает ствол 1 с нижним плоским торцом 2, имеющим выступы в виде арматурных стержней 3, объединенных по высоте поперечной арматурой 4 в пространственный каркас 5. Свая снабжена лидирующим наконечником 6 в виде конуса, в основание 7 которого заделаны свободные концы арматурных стержней 3. Стержни 3 пространственного каркаса могут быть размещены друг от друга на расстоянии, не превышающем 6 диаметров каждого стержня. Расстояние между смежными элементами поперечной арматуры может не превышать 10 см.

Нижний плоский торец 2 ствола 1 расположен ниже границы 8 слоя 9 сезонного оттаивания вечномерзлого грунта 10.

Ствол 1 может быть изготовлен любого поперечного сечения в виде железобетонного элемента с выпусками арматуры, к которым на стройплощадке может привариваться пространственный каркас с лидирующим наконечником, либо сразу ствол изготавливается с пространственным каркасом и лидирующим наконечником.

Ствол может быть выполнен трубчатым.

Возведение сваи осуществляют заявленным способом, согласно которому в вечномерзлом грунте образуют бурением скважину 11. Перед погружением в скважину 11 ствол 1 с пространственным каркасом 5 и лидирующим наконечником 6 помещают в цилиндрическую опалубку 12, которую заливают материалом заполнения околоствольного пространства 13, в качестве которого можно использовать буровой шлам, водопесчаный раствор или грунт, улучшенный за счет цемента или других добавок и наполнителей.

Учитывая, что заполнение производят не в стесненных условиях скважины, а в опалубке, возможно использовать растворы с меньшим содержанием воды (не слишком пластичные), что положительно сказывается на качестве получаемого изделия, при этом при необходимости возможно осуществить вибрирование уложенного материала. Затем опалубку с изделием помещают в условия низких температур (при производстве работ в условиях вечномерзлых грунтов в зимнее время возможно замораживание в естественных условиях) и производят замораживание сваи, после чего ее распалубливают и устанавливают в скважину, стенки которой предварительно оплавлены.

После смерзания сваи с грунтом стенок скважины в грунте образуется экономичная по расходу материала опорная конструкция, имеющая в нижней части анкерный участок, образованный замерзшим материалом заполнения, пронизанным арматурными стержнями, концы которых объединены лидирующим наконечником.

Использование предлагаемой конструкции и способа ее изготовления позволяет повысить надежность свайных оснований при действии вертикальных вдавливающих и выдергивающих нагрузок, а также существенно уменьшить их материалоемкость. При этом значительно повышается качество сваи, ее несущая способность на горизонтальные нагрузки, а также снижаются технологические затраты, связанные с возведением сваи, сокращением сроков возведения и появлением возможности контроля за качеством заполнения околоствольного пространства.