свая забивная

Формула изобретения

1. Свая забивная, состоящая из ствола со сквозным продольным отверстием, заостренного наконечника, устройства увеличения несущей способности сваи, отличающаяся тем, что устройство увеличения несущей способности сваи расположено между стволом и наконечником в виде присоединенной к ним вставки с продольным отверстием, соосным продольному отверстию в стволе, с наружной цилиндрической поверхностью, диаметр которой меньше минимального поперечного размера ствола, имеющей эластичную оболочку со средствами закрепления ее верхнего и нижнего концов, охватывающую цилиндрическую поверхность углубления; полость между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью углубления, раздвижной в радиальном направлении защитный кожух со средствами его закрепления на вставке, охватывающей эластичную оболочку; во вставке имеется радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие с упомянутой полостью, преобразуемой в опорный пояс после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости затвердевающим раствором через отверстия в стволе и затвердевания раствора.

2. Свая по п.1, отличающаяся тем, что соединение нижнего конца вставки и основания наконечника является резьбовым, между нижним торцом вставки и основанием наконечника имеется кольцо, при этом между нижним торцом вставки и верхним торцом кольца закреплен нижний конец эластичной оболочки, а между нижним торцом кольца и основанием наконечника закреплен нижний конец защитного кожуха.

3. Свая по п.1, отличающаяся тем, что ствол сваи призматический, а наконечник является пирамидальным или клиновым с квадратным основанием, верхний и нижний концы вставки имеют квадратное поперечное сечение.

4. Свая по п.1, отличающаяся тем, что ствол сваи призматический, наконечник - конический или клиновой с круглым основанием, верхний конец вставки имеет квадратное сечение, а нижний - круглое.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам, закладываемым в обводненных песчаных грунтах.

Известна свая, состоящая из стальной трубы со стальным наконечником, заполненным специальным веществом, расширяющимся и создающим давление в полости наконечника после инициирования химической реакции в этом веществе (патент Японии, № публикации 63233117 от 19.03.1987). Под действием внутреннего давления наконечник сваи приобретает шарообразную форму диаметром более диаметра сваи, что позволяет увеличить несущую способность сваи.

Недостаток такой сваи в том, что стальная труба в грунте подвержена коррозии и со временем разрушается, поэтому для получения заданной несущей способности в период эксплуатации полость трубы выше основания наконечника заполняют бетоном, что увеличивает стоимость сваи. Такой процесс увеличения несущей способности неприемлем для железобетонных свай.

Известна свая круглого сечения, погружаемая в заранее подготовленную скважину (патенты Японии с датами их публикации: № 63-014925 от 04.07.1986, № 04-106216 от 24.08.1990, № 05-009934 от 02.07.1991, № 08-209688 от 02.02.1995, № 2006-063526 от 24.08.2004), состоящая из комбинированного (сталь и бетон) ствола с продольным отверстием в бетоне ствола (центральным или эксцентрично расположенным) и с плоским нижним концом; эластичной оболочки, охватывающей цилиндрическую поверхность ствола и средств закрепления ее концов на цилиндрической поверхности ствола; полости между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола.

В стволе имеется по меньшей мере одно радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие в стволе с полостью между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола. После погружения сваи на заданную глубину, заполнения затвердевающим раствором в полости между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола через продольное и радиальное отверстия в стволе, вокруг ствола формируется опорный пояс.

Такая свая имеет увеличенную несущую способность.

Недостаток конструкции такой сваи состоит в невозможности ее погружения при статическом или динамическом задавливании в грунт на заданную глубину, так как эластичная оболочка не защищена от разрушения грунтом в процессе задавливания сваи; в свае не предусмотрен заостренный наконечник.

Известна свая забивная железобетонная (заявка RU № 2008121684 от 30.05.2008), состоящая из ствола и заостренного наконечника (с углом заострения 15-30°), позволяющая ее погружение в обводненный песчаный грунт на заданную глубину статической силой, значительно меньшей, чем требуется при задавливании сваи со стандартным углом заострения 60°. Это достигается за счет эффекта клина, получаемого при угле заострения 15-30°, позволяющего исключить образование уплотненного песчаного массива, который обычно образуется перед наконечником стандартной сваи при ее забивании или задавливании в обводненный песчаный грунт.

Недостаток данной сваи - низкая несущая способность при малых углах заострения.

Известна свая забивная (а.с. SU № 301404 от 14.07.1969), состоящая из ствола с продольным отверстием в нем, заостренного составного из двух частей стального наконечника и механизма, позволяющего изменять положение частей заостренного наконечника из вертикального на горизонтальное для увеличения несущей способности сваи после ее погружения на заданную глубину. Недостатки сваи - сложная конструкция заостренного стального наконечника и механизма изменения положения частей наконечника, а также небольшое увеличение несущей способности сваи.

Техническая задача изобретения - повышение несущей способности сваи забивной, имеющей заостренный наконечник.

Техническая задача решена в конструкции забивной сваи, состоящей из ствола со сквозным продольным отверстием, заостренного наконечника, устройства увеличения несущей способности сваи, при этом устройство увеличения несущей способности сваи расположено между стволом и наконечником в виде присоединенной к ним вставки с продольным отверстием, соосным продольному отверстию в стволе с наружной цилиндрической поверхностью, диаметр которой меньше минимального поперечного размера ствола, имеющей эластичную оболочку со средствами закрепления ее верхнего и нижнего концов, охватывающую цилиндрическую поверхность углубления; полость между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью вставки, раздвижной в радиальном направлении защитный кожух со средствами его закрепления на вставке, охватывающий эластичную оболочку; во вставке имеется радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие с упомянутой полостью, преобразуемой в опорный пояс после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости затвердевающим раствором через отверстия в стволе и затвердевания раствора.

Соединение торцов вставки с торцом ствола и основанием наконечника может быть сварным или резьбовым.

Если соединение нижнего конца вставки и основания наконечника сваи является резьбовым и между нижним торцом вставки и основанием наконечника имеется кольцо, то между нижним торцом ствола и верхним торцом кольца закреплен нижний конец эластичной оболочки, а между нижним торцом кольца и основанием наконечника закреплен нижний конец защитного кожуха. Такая конструкция обеспечивает надежное закрепление концов эластичной оболочки и ее защитного кожуха.

Наконечник сваи может быть как коническим, так и клиновым.

Если ствол сваи призматический, а наконечник является пирамидальным или клиновым, то верхний и нижний концы вставки имеют квадратное поперечное сечение. Если ствол сваи призматический, а наконечник является коническим или клиновым с круглым основанием, то верхний конец вставки имеет квадратное сечение, а нижний - круглое.

Несущая способность сваи увеличивается в зависимости от площади проекции на горизонтальную плоскость опорного пояса, образуемого вокруг вставки из затвердевшего раствора, и от плотности слоя грунта, охватывающего опорный пояс.

Технический эффект заключается в том, что опорный пояс позволяет получать для забивной сваи с заостренным наконечником высокую несущую способность, в том числе при действии горизонтальных нагрузок.

Такой технический эффект обеспечивается следующей новой для забивной сваи с заостренным наконечником совокупностью признаков:

устройство увеличения несущей способности сваи расположено между стволом и наконечником в виде присоединенной к ним вставки с продольным отверстием, соосным продольному отверстию в стволе, имеющей наружную цилиндрическую поверхность, диаметр которой меньше минимального поперечного размера ствола, имеющей эластичную оболочку со средствами закрепления ее верхнего и нижнего концов, охватывающую цилиндрическую поверхность вставки; полость между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью вставки, раздвижной в радиальном направлении защитный кожух со средствами его закрепления на вставке, охватывающий эластичную оболочку; в стволе имеется радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие с упомянутой полостью, преобразуемой в опорный пояс после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости затвердевающим раствором через отверстия в стволе и затвердевания раствора.

Закрепление эластичной оболочки и кожуха более надежно, если соединение нижнего конца ствола и основания наконечника является резьбовым, а между нижним торцом ствола и основанием наконечника имеется кольцо, при этом между нижним торцом ствола и верхним торцом кольца закреплен нижний конец эластичной оболочки, а между нижним торцом кольца и основанием наконечника закреплен нижний конец защитного кожуха.

Если ствол сваи призматический и наконечник является пирамидальным или клиновым с квадратным основанием, то верхний и нижний концы вставки имеют квадратное поперечное сечение.

Если ствол сваи призматический и наконечник конический или клиновой с круглым основанием, то верхний конец вставки имеет квадратное сечение, а нижний - круглое.

Данная совокупность признаков является новой для забивной сваи, так как не обнаружена в источниках информации, полученных при проведении патентно-информационного поиска, и не следует явно из совокупности признаков известных конструкций свай.

На фиг.1 показана свая забивная, состоящая из трех соединенных между собой частей: ствола, вставки с эластичной оболочкой и защитным кожухом и заостренного наконечника;

на фиг.2 - свая забивная, состоящая из трех соединенных между собой частей: ствола; вставки с эластичной оболочкой, нижний конец которой закреплен на торце сваи; защитного кожуха и заостренного наконечника, закрепленного на вставке с помощью резьбового соединения;

на фиг.3 - вид А на фиг.1, показывающий конструкцию защитного кожуха;

на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1;

на фиг.5 - свая забивная, погруженная на заданную глубину с опорным поясом из затвердевшего раствора в расширенной оболочке;

на фиг.6 - сечение С-С на фиг.5;

на фиг.7 - вид D на фиг.5.

Свая забивная (фиг.1-7) состоит из ствола 1 со сквозным продольным отверстием 2, заостренного наконечника 3, устройства увеличения несущей способности сваи в виде вставки 4, размещенной между стволом 1 и наконечником 3, с продольным отверстием 2а, соосным продольному отверстию 2. Верхний торец 5 вставки 4 присоединен к нижнему торцу 6 ствола 1, а нижний торец 7 соединен с основанием 8 заостренного наконечника 3. Соединение торцов 5 и 7 вставки 4 с торцом 6 ствола 1 и основания 8 наконечника 3 может быть как сварным (фиг.1), так и резьбовым (фиг.2). Эластичная оболочка 9 охватывает цилиндрическую поверхность 10 вставки 4 и имеет средства 11 закрепления концов на цилиндрической поверхности 10. Полость 12 образована между эластичной оболочкой 9 и цилиндрической поверхностью 10. Эластичную оболочку 9 охватывает защитный кожух 13, раздвижной в радиальном направлении. Кожух 13 разделен на лепестки 13а, изготовленные из листового термопластичного материала (полиэтилена, полипропилена). Нижний конец защитного кожуха прижат к вставке средствами 14 закрепления в виде хомута (фиг.1). Радиальное отверстие 15 соединяет продольное отверстие 2а с полостью 12, преобразуемой в опорный пояс 16 после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости 12 затвердевающим раствором (цементным или цементно-песчаным), поданным под давлением в полость 12 через отверстия 2, 2а и 15 и затвердевания раствора.

Соединение 17 нижнего торца 7а вставки 4 (фиг.2) и основания 8а наконечника 3 является резьбовым, между нижним торцом 7а вставки 4а и основанием 8а наконечника 3 имеется кольцо 18, при этом между нижним торцом 7а и верхним торцом 19 кольца 18 закреплен нижний конец 20 эластичной оболочки 9, а между нижним торцом 21 кольца 18 и основанием 8а наконечника 3 закреплен нижний конец 22 защитного кожуха 13.

Если ствол 1 призматический, а наконечник 3 является пирамидальным или клиновым с квадратным основанием, то верхний 5 и нижний 7 торцы вставки 4 имеют квадратное поперечное сечение (фиг.1).

Если ствол 1 призматический, а наконечник 3 конический или клиновой с круглым основанием 8а, то верхний торец 5 вставки 4 имеет квадратное сечение, а нижний 7а - круглое (фиг.2). При строительстве свайного фундамента сваю с заостренным наконечником 3 и закрепленными на вставке 4 оболочкой 9 и кожухом 13 погружают в обводненный песчаный грунт одним из известных и разрешенных способов (задавливанием, забиванием, вибропогружением) на заданную глубину (фиг.5), затем растворным насосом через шланг и штуцер (не показаны), закрепляемый в отверстии 2, нагнетают под давлением цементный или цементно-песчаный раствор в полость 12 через отверстия 2, 2а и 15. Давление нагнетания 1-5 МПа устанавливается в зависимости от плотности и влажности грунта на глубине, соответствующей положению оболочки 9 на погруженной свае. По мере заполнения полости 12 раствором полость 12 расширяется, увеличивая поперечный размер оболочки 9, раздвигая лепестки 13а защитного кожуха 13 и уплотняя грунт.

Опорный пояс 16 (фиг.5), образованный затвердевшим раствором, существенно увеличивает несущую способность сваи тем больше, чем больше диаметр и высота опорного пояса 16. Для увеличения силы сдвига опорного пояса относительно ствола и сопротивления изгибу под действием вертикальной нагрузки на сваю увеличивают высоту опорного пояса 16.

При наличии опорного пояса 16 угол заострения наконечника 3 можно назначать исходя из условий погружения сваи, а не из условия обеспечения ее несущей способности, что важно для сооружения свайного фундамента на обводненном песчаном грунте.

Разделение забивной сваи на три части: ствол, вставка и наконечник позволяет создавать сборные забивные сваи, наиболее полно удовлетворяющие условиям их производства, транспортирования, погружения и эксплуатации.