забивная свая (варианты)

Формула изобретения

1. Железобетонная забивная свая, содержащая заостренный нижний конец, отличающаяся тем, что нижняя часть сваи круглого сечения имеет форму параболоида вращения, усеченного по фокальной плоскости, ниже плоскости усечения параболоид переходит в сферический пояс, который на самом конце сваи переходит в конус.

2. Железобетонная забивная свая, содержащая заостренный нижний конец, отличающаяся тем, что нижняя часть сваи призматического сплошного сечения имеет форму скрещенных обращенных вершинами вниз усеченных по общей фокальной плоскости параболических поверхностей так, что плоскости их симметрии взаимно перпендикулярны, а линия пересечения плоскостей симметрии совпадает с осью сваи, ниже плоскости усечения скрещенные параболические поверхности переходят в скрещенные круговые полуцилиндры, которые на самом конце сваи переходят в четырехгранную пирамиду.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству свай.

Известно устройство (см. кн. Э.В.Костерина «Основания и фундаменты», М., «Высшая школа», 1990, с.178-182), представляющее по сути один из видов свай, погружаемых в готовом виде в грунт путем забивки, вибрационного погружения или вдавливания. Однако в данном устройстве нижний наконечник изготовлен в виде пирамиды и работает как клин на раздвигание грунта, что не способствует наиболее полному использованию энергии удара или вибрации. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство (см. кн. Э.В.Костерина «Основания и фундаменты», М., «Высшая школа», 1990, с.307-310), представляющее железобетонную оболочку (полая круглая свая, свая-оболочка), нижний конец которой закрыт наконечником, имеющим форму прямого кругового конуса. В указанном устройстве конический наконечник раздвигает грунт подобно клину, с той лишь разницей, что раздвигание происходит в радиальных направлениях и более равномерно.

Техническая задача - создание высокоэффективного устройства, которое позволит более полно использовать энергию вибрации (удара) и увеличить скорость погружения сваи в грунт.

Техническим результатом является усовершенствование формы наконечника сваи для более полного использования энергии удара или вибрации и сокращения времени погружения сваи в грунт.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве нижний конец сваи имеет форму либо параболоида вращения, усеченного по фокальной плоскости, вершина которого ниже плоскости усечения переходит в сферический пояс, нижняя вершина которого переходит в конус, либо форму скрещенных обращенных вершинами вниз усеченных по общей фокальной плоскости параболических поверхностей так, что плоскости их симметрии взаимно перпендикулярны, а линия пересечения плоскостей симметрии совпадает с осью сваи, ниже плоскости усечения скрещенные параболические поверхности переходят в скрещенные круговые полуцилиндры, которые на самом конце сваи переходят в четырехгранную пирамиду.

Использование наконечника параболической формы обеспечивает изменение направления распространения динамической нагрузки, передаваемой от вибратора (молота) сферическому поясу наконечника в радиальном направлении, что способствует наиболее эффективному раздвиганию грунта и, следовательно, более полному использованию энергии удара или вибрации и сокращению времени погружения сваи в грунт.

Осевое сечение предлагаемого устройства плоскостью листа изображено на чертеже. Верхняя часть сваи 1 представляет собой прямой круговой цилиндр 2, который ниже плоскости ВВ переходит в параболоид вращения 3, усеченный фокальной плоскостью АА, перпендикулярной оси сваи. Далее параболоид вращения переходит в сферический пояс 4, большое сечение которого совпадает с фокальной плоскостью АА. На конце сваи сферический пояс завершается конусом 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Вибратор или боек ударного механизма создают в свае 1 плоскую продольную волну, распространяющуюся в цилиндрической части 2 от головы сваи к ее концу. Волновой фронт и волновые поверхности волны перпендикулярны оси сваи. В параболической части 3 сваи луч 6 плоской волны испытывает отражение, проходит через фокус параболоида и попадает в сферический пояс 4. Если уравнение параболы, являющейся образующей параболоида, имеет вид Y=aX², то радиус кривизны сферического пояса R=1/2a совпадает с радиусом окружности, являющейся линией пересечения параболоида и фокальной плоскости. В сферическом поясе луч волны распространяется в радиальном направлении и достигает поверхности сферического пояса, являясь перпендикулярным к ней. В случае отражения от параболической поверхности 3 угол падения велик, он изменяется практически от 90° до 45° для лучей, отстоящих от оси сваи на расстоянии, большем R=1/2a (но меньшем радиуса сваи в ее цилиндрической части). Для таких лучей, при больших углах падения (больше 45°), большая часть энергии волны возвращается в первую среду, то есть в сваю (отражается), и меньшая создает колебания поверхности сваи и переходит в грунт. При втором отражении (от поверхности сферического пояса 4) угол падения близок к 0°. В этом случае поверхность сферического пояса испытывает максимальное смещение в радиальном направлении, приводя в колебания грунт. Учитывая, что вибрационный способ погружения свай используется при строительстве мостов во влажных грунтах, то вибрация грунта приводит к выделению воды у нижнего конца сваи. Выделившаяся вода уменьшает трение при погружении сваи. Для того, чтобы под поверхностью сферического пояса на оси сваи не происходило уплотнение грунта в нижней ее части, сферический пояс переходит в конус 6.

Изложенный принцип работы устройства возможен в том случае, когда длина волны несколько меньше характерных размеров сваи, например радиуса кривизны параболической части 3. Минимальный радиус кривизны параболической части 3 имеет место вблизи плоскости фокального сечения. Очевидно, он не может быть меньше чем . Для лучей, распространяющихся вдоль боковой поверхности цилиндрической части сваи, радиус кривизны очень велик. Он определяется значением коэффициента а в уравнении параболы (Y=aX² ), радиусом сваи R_c. Так, например, для

R_c=0,15 м, высоты параболической части сваи Н _с=0,5 м, коэффициент в уравнении будет а=22,2 1/м, кривизна К параболы в области перехода цилиндрической поверхности в параболическую будет около 30 м. При таком радиусе кривизны зеркальным отражение будет для частот вибрации, больших 170 Гц.

При ударном способе погружения в свае в результате удара возникают продольные колебания, длина волны собственных частот определяется размерами ячеек армирующей сетки. Учитывая, что густота армирующей сетки головы и центральной части сваи различна и имеет значения от единиц до десятков сантиметров, что сравнимо или меньше радиусов кривизны цилиндрической и параболической частей сваи, то эффективной работоспособность предлагаемого устройства сохраняется и при ударном способе погружения свай.