свайный фундамент и способ его возведения

Формула изобретения

1. Свайный фундамент, включающий погруженные в грунт составные сваи и охватывающий их ростверк, где составные сваи состоят из секций, имеющих стыковочные элементы на торцах, отличающийся тем, что составные сваи выполнены из секций в виде свайных модулей одного типоразмера, количество свайных модулей и/или их частей в каждой составной свае зависит от глубины ее погружения, при которой несущая способность составной сваи по грунту не превышает эффективной нагрузки на составную сваю, исходя из прочности материала составной сваи на осевое сжатие, а стыковочные элементы между модулями включают продольные гнезда, выполненные соосно свайным модулям, с установленными в них стыковочными стержнями, торцевые пластины со сквозными отверстиями, защищающие торцы свайных модулей и совмещенные со стыковочными продольными гнездами, уплотнительные прокладки между смежными свайными модулями, имеющими сквозное отверстие под стыковочный стержень, и накладные пластины, каждая из которых установлена между торцевыми пластинами стыка и имеет сквозное отверстие, совмещенное с отверстиями в торцевых пластинах, причем размеры накладной пластины меньше, чем размеры торцевых пластин.

2. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что на оголовках составных свай выполнен ростверк.

3. Способ возведения свайного фундамента, включающий погружение составных свай в грунт путем наращивания погруженной секции составной сваи следующей секцией, которую погружают на глубину в соответствии с несущей способностью грунта, с последующей срезкой выступающей части верхней секции, перемещением срезанной части на место погружения очередной составной сваи и использование ее в качестве первой погружаемой секции очередной составной сваи, отличающийся тем, что используют составные сваи, выполненные из секций в виде свайных модулей одного типоразмера, причем количество свайных модулей и/или их частей в каждой составной свае выбирают в зависимости от глубины ее погружения, при которой несущая способность составной сваи по грунту не превышает эффективной нагрузки на составную сваю, исходя из прочности материала составной сваи на осевое сжатие, при этом при наращивании составной сваи между свайными модулями используют следующие стыковочные элементы: продольные гнезда, которые выполняют соосно свайным модулям и устанавливают в них стыковочные стержни, торцевые пластины, защищающие торцы свайных модулей, со сквозными отверстиями, которые совмещают со стыковочными продольными гнездами, накладные пластины, каждую из которых устанавливают между торцевыми пластинами стыка и крепят к одной из торцевых пластин стыка, имеющие сквозные отверстия, которые совмещают с отверстиями в торцевых пластинах, причем размеры накладной пластины выбирают меньшими, чем размеры торцевых пластин, и уплотнительные прокладки, которые устанавливают в стык между смежными свайными модулями.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что на оголовках составных свай выполняют ростверк.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям свайных фундаментов и способам их возведения на основе составных свай из сборных элементов.

Известен свайный фундамент, включающий погружаемые в грунт цельные сваи и охватывающий их ростверк. Ростверк охватывает одну сваю (патент RU 2117102, опубл. 10.08.1998), пару свай (патент JP 2001348886, опубл. 21.12.2001 и/или патент RU 2037013, опубл. 09.06.1995), несколько свай, расположенных в ряд (а.с. SU 1232745, опубл. 23.05.1984), в несколько рядов (патент RU 2032025, опубл. 27.03.1995) или по концентрическим окружностям (патент RU 95103698, опубл. 20.12.1996).

Известен способ возведения свайного фундамента, включающий последовательное погружение цельных свай в грунт в один, два, несколько рядов и/или свайный куст, где по мере забивания смежных свай происходит уплотнение грунта у ранее забитых рядом расположенных свай (патент RU 2032025, опубл. 27.03.1995).

Также, известен способ возведения многорядного свайного фундамента, включающий последовательное погружение цельных свай в грунт от периферии к центру, где по мере забивания угловых, смежных и последующих свай происходит уплотнение грунта к центру свайного поля (а.с. SU 896187, опубл. 07.01.1982).

Недостатком погружаемых в грунт цельных свай является то, что их верхняя часть в течение длительного времени испытывает интенсивные динамические нагрузки, которые нередко приводят к преждевременному разрушению бетона и оголению арматурного каркаса сваи. Нередко такие разрушения являются неисправимым браком, требующим дублирования сваи. Кроме этого при достижении требуемой глубины погружения выступающие над грунтом части свай после срезки приходят в негодность и выбрасываются. Все это ведет к перерасходу материалов и удорожанию производства работ, а также к увеличению трудоемкости работ и сроков строительства.

В качестве прототипа принят свайный фундамент, включающий погружаемые в грунт составные сваи и охватывающий их ростверк. Составные сваи выполняются из секций, на торцах которых имеются стыковочные элементы в виде выступающего стержня на одном торце и заглубленной гильзы под стержень на другом, при этом гильза своим входным отверстием примыкает к торцевой пластине (патент US 3625012, опубл. 07.12.71).

Недостатком составной сваи является то, что при погружении в грунт торцевая кромка секции, не защищенная торцевой пластиной, подвержена сколу под действием динамических нагрузок, и такой скол нередко бывает неисправимым браком, требующим замены погружаемой секции, а на торце секции, который закрыт торцевой пластиной, сколу подвержены кромки по углам этого торца, что также нежелательно.

В качестве прототипа способа возведения свайного фундамента принят способ, включающий забивку сваи в грунт на заданную глубину в соответствии с несущей способностью грунта, с наращиванием, в случае необходимости, следующей последовательной секцией сваи, с последующей срезкой выступающей части сваи, перемещением ее на место погружения следующей сваи и использованием ее в качестве первой секции этой сваи (а.с. SU 1200601, опубл. 22.08.1985).

Известный способ позволяет незначительно снизить материалоемкость возводимых фундаментов, однако требует дополнительных затрат времени и средств на проведение подготовительных работ, направленных на определение заданных глубин забивания свай и проверку их несущей способности, что не позволяет в полном объеме снизить материалоемкость и трудоемкость выполнения работ по возведению свайного фундамента.

Решаемая техническая задача - повышение несущей способности свайного фундамента за счет более полного использования прочностных характеристик материала свай и грунтов основания, повышение стойкости секций составных свай в местах их соединения к действию динамической нагрузки при погружении в грунт, унификация их размеров, что позволит снизить трудоемкость и материалоемкость возведения свайных фундаментов, уменьшить их стоимость и сократить сроки производства работ.

Предлагается свайный фундамент, включающий погруженные в грунт составные сваи и охватывающий их ростверк, где составные сваи состоят из секций, имеющих стыковочные элементы на торцах. Новым является то, что составные сваи выполнены из секций в виде свайных модулей одного типоразмера, количество свайных модулей и/или их частей в каждой составной свае зависит от глубины ее погружения, при которой несущая способность составной сваи по грунту не превышает эффективной нагрузки на составную сваю, исходя из прочности материала составной сваи на осевое сжатие. Стыковочные элементы между модулями включают: продольные гнезда, выполненные соосно свайным модулям, с установленными в них стыковочными стержнями; торцевые пластины со сквозными отверстиями, защищающие торцы свайных модулей и совмещенные со стыковочными продольными гнездами; уплотнительные прокладки между смежными свайными модулями, имеющими сквозное отверстие под стыковочный стержень; и накладные пластины, каждая из которых установлена между торцевыми пластинами стыка и имеет сквозное отверстие, совмещенное с отверстиями в торцевых пластинах, причем размеры накладной пластины меньше, чем размеры торцевых пластин. На оголовках составных свай может быть выполнен ростверк.

Также предлагается способ возведения свайного фундамента, включающий погружение составных свай в грунт путем наращивания погруженной секции составной сваи следующей секцией, которую погружают на глубину в соответствии с несущей способностью грунта, с последующей срезкой выступающей части верхней секции, перемещением срезанной части на место погружения очередной составной сваи и использование ее в качестве первой погружаемой секции очередной составной сваи. Новым является то, что используют составные сваи, выполненные из секций в виде свайных модулей одного типоразмера, причем количество свайных модулей и/или их частей в каждой составной свае выбирают в зависимости от глубины ее погружения, при которой несущая способность составной сваи по грунту не превышает эффективной нагрузки на составную сваю, исходя из прочности материала составной сваи на осевое сжатие, при этом при наращивании составной сваи между свайными модулями используют следующие стыковочные элементы: продольные гнезда, которые выполняют соосно свайным модулям и устанавливают в них стыковочные стержни; торцевые пластины, защищающие торцы свайных модулей, со сквозными отверстиями, которые совмещают со стыковочными продольными гнездами; накладные пластины, каждую из которых устанавливают между торцевыми пластинами стыка и крепят к одной из торцевых пластин стыка, имеющие сквозные отверстиями, которые совмещают с отверстиями в торцевых пластинах, причем размеры накладной пластины выбирают меньшими, чем размеры торцевых пластин; и уплотнительные прокладки, которые устанавливают в стык между смежными свайными модулями. Затем на оголовках составных свай выполняют ростверк.

Использование при возведении предлагаемого фундамента вышеперечисленных стыковочных элементов позволяет избежать пустот и зазоров между смежными свайными модулями, более равномерно перераспределять усилия между свайными модулями как в процессе эксплуатации, так и в процессе забивки свай, а также сместить усилия с краев торцов свайных модулей к центральной части за счет использования меньшего размера накладных пластин, что также приводит к уменьшению вероятности образования сколов этих краев при забивке свай и позволяет достичь заявленный технический результат.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан разрез свайного фундамента, а на фиг.2 показано стыковое соединение свайных модулей в свае.

Изобретение поясняется на примере выполнения свайного фундамента.

Свайный фундамент включает в себя погружаемые в грунт составные сваи 1 и охватывающий их оголовки ростверк 2. Составные сваи 1 состоят из железобетонных свайных модулей длиной 6 м сплошного квадратного поперечного сечения 300×300 мм и их частей (фиг.1). Свайные модули изготавливаются в заводских условиях из тяжелого бетона марки В-25, где в качестве рабочей арматуры используется арматура класса А-III Ф 13 мм. На торцах свайных модулей имеются стыковочные элементы, которые представляют собой стыковочные гнезда 9, в которые устанавливаются стыковочные стержни 10 (фиг.2). Торцы свайных модулей защищены торцевыми пластинами 11, выполненными из низкоуглеродистой листовой стали толщиной 8 мм. Для перераспределения усилий с краев на центральную часть сечения свайного модуля между торцевыми пластинами 11 располагается накладная пластина 12 такой же толщины и материала, но меньшего размера, которая крепится к одной из торцевых пластин 11 при помощи сварки. Для восприятия динамических нагрузок в стык свайных модулей укладывается уплотнительная прокладка 13, выполненная из упругопластичного материала, например полиуретана. Свайный ростверк 2 выполняется по месту из тяжелого бетона класса В-20, где в качестве продольной рабочей арматуры принята арматура класса A-III Ф 12 мм, а в качестве поперечной арматуры - арматура класса A-I Ф 4 мм. Сопряжение свайного ростверка 2 со составными сваями 1 выполняется жестким, с заделкой оголовка составной сваи 1 в ростверк 2 на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, при условии, если оголовок составной сваи 1 не закрыт торцевой пластиной 11, и/или с помощью сварки закладных стальных элементов, при условии, если оголовок составной сваи 1 закрыт торцевой пластиной 11.

Способ возведения свайного фундамента поясняется на примере конкретного выполнения возведения фундамента по безотходной технологии.

Устройство свайных фундаментов предусматривают выполнять комплексно-механизированным способом с применением серийно выпускаемого оборудования и средств механизации. Для выполнения составных свай 1 свайного фундамента используют железобетонные свайные модули длиной 6 м сплошного квадратного сечения 0,3 м × 0,3 м со стыковочными элементами на торцах, а также их отдельные части. На каждый свайный модуль с помощью стальной рулетки наносят разметку для удобства определения отказа и вертикальные риски для контроля вертикальности погружения. Предварительно определяют расчетную предельно допустимую нагрузку на сваю 1 по материалу N_расч., исходя из следующих данных: расчетное сопротивление бетона марки В-25 составляет 14,5 МПа (с учетом снижения на коэффициент надежности на сжатие для бетона, равный 1,3), площадь поперечного сечения бетона сваи 0,3 м × 0,3 м=0,09 м², расчетное сопротивление арматуры класса А-III - 365 МПа (с учетом снижения на коэффициент надежности на сжатие для стали, равный 1,07), площадь поперечного сечения арматуры=5,3×10''4 м² . Исходя из этих данных расчетная предельная допустимая нагрузка Мрасч. составила 1,497 МН или 152 тс. Затем определяют эффективную нагрузку на составную сваю по формуле, предлагаемой в соответствии с изобретением: Р_эф=k_д. ×N_расч., где k_д - коэффициент выносливости материала составной сваи в зависимости от способа ее погружения в грунт, который при погружении забиванием принимают равным 0,8, при вибропогружении принимают равным 0,9, при вдавливании принимают равным 1,0. Т.о., эффективная нагрузка Р_эф. для забивки составила 121,6 тс на сваю. В соответствии со СНиП определяют несущую способность сваи 1 по грунту в месте заложения свайного фундамента - F _гр.=90 тс. Это составило 0,74 от эффективной нагрузки Р _эф.=121,6 тс, что допустимо по условиям равнопрочности.

Для забивки свай на месте возведения свайного фундамента используют сваебойную установку JPD-20T-U3 на базе автомобиля КрАЗ с дизель-молотом С-996 с массой ударной части 1,8 тс. Предварительно, с учетом характеристик используемого дизель-молота, определяют величину фактического отказа при определенной выше несущей способности сваи 1 по грунту F_гр.=90 тс. Расчетный фактический отказ составил S_a=0,46 см/удар. Величину фактического остаточного отказа сваи контролируют с помощью неподвижной реперной обноски и/или нивелира по меткам на забиваемых свайных модулях составной сваи. Забивку составных свай 1 производят следующим образом (см. фиг.1). Первый свайный модуль 3 первой составной сваи 1 был забит на глубину 5 м, при этом отказ составил 1,85 см/удар, высота оставшейся незабитой части над поверхностью грунта составила 1 м. Затем была выполнена состыковка со следующим свайным модулем 4, после чего первая составная свая 1 была забита еще на 1,95 м до достижения расчетного фактического отказа S_a=0,46 см/удар. После такой забивки первой составной сваи 1 на общую глубину 6,95 м была осуществлена срезка свайного модуля 4 на высоте 0,5 м от поверхности площадки путем пропилов электротурбинкой сваи 1 по периметру и углам с последующим наклоном копра в противоположные стороны до отделения верхней части 5 по местам пропилов. Верхняя часть 5 была забита в качестве нижней секции второй составной сваи 1 на расчетном расстоянии от первой составной сваи 1 на глубину 4 м, при этом отказ составил 2,0 см/удар, после чего была произведена стыковка со следующим свайным модулем 6 и забивка второй составной сваи 1 еще на 3,20 м, т.е. на общую глубину 7,20 м до достижения расчетного фактического отказа S _a=0,46 см/удар. Далее была осуществлена срезка свайного модуля 6, как описано выше, после чего ее верхняя часть 7 была использована в качестве нижней секции третьей составной сваи 1. Забивка следующих составных свай 1 производилась подобным же образом. Из-за неравномерной глубины заложения несущего слоя 8 грунта, на котором достигался расчетный фактический отказ, глубина забивки составных свай 1 оказалась различной. Однако, следует отметить, что несущая способность составных свай 1 по грунту оказывается равной, что позволяет избежать при загружении свайного фундамента проектной нагрузкой неравномерности осадок в процессе эксплуатации свайного фундамента.

Сравнение вышеописанной технологии с известной технологией (без использования составных свай из свайных модулей) при возведении свайных фундаментов под жилые дома по проекту 83 серии показало, что экономия по материалам составляет 15-30% при значительном снижении сроков и стоимости возведения фундамента.

Приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения и ни в коей мере не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен реализовать и другие пути осуществления изобретения.