ФУНДАМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ

ФУНДАМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ


RU (11) 2295007 (13) C1

(51) МПК
E02D 27/10 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.03.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005122797/03 
(22) Дата подачи заявки: 2005.07.18 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.07.18 
(45) Опубликовано: 2007.03.10 
(56) Аналоги изобретения: SU 542790 A1, 15.01.1977. SU 129549 A1, 01.01.1960. SU 1041639 A1, 15.09.1983. БУРИН Н.И. и др. Применение свай-оболочек в портовом строительстве, Москва, Транспорт, 1987, с.3-10. СМИРНОВ Г.Н. Порты и портовые сооружения, Москва, Стройиздат, 1979, с.325-412. 
(72) Имя изобретателя: Булатов Георгий Яковлевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") (RU) 
(98) Адрес для переписки: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, ГОУ "СПбГПУ", Патентно-лицензионный отдел 

(54) ФУНДАМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯИзобретение относится к области строительства, в частности к возведению свайных фундаментов, конкретно к применению трубчатых свай, погружаемых с открытым нижним концом в слабые грунты. Фундамент содержит трубчатую сваю с открытым нижним концом и грунтовое ядро в полости сваи. Внутри полости сваи расположены вертикальные продольные твердые элементы перегородки. Упомянутые вертикальные продольные элементы установлены с возможностью перемещения относительно стенок сваи и выполнены с утолщениями на уровне нижней части ядра для образования ячеек. В ячейки грунтового ядра между перегородками и стенками сваи введены дополнительные материалы для создания дополнительного радиального давления ядра на стенки сваи - твердые, или сыпучие, или жидкие, или газообразные, причем на сваю оперт ростверк. Способ возведения свайного фундамента включает операции погружения трубчатой сваи с открытым нижним концом и образование грунтового ядра внутри полости сваи. После погружения сваи в образовавшееся внутри ее полости грунтовое ядро вводят вертикальные продольные твердые элементы - перегородки для образования в нем ячеек, в которые между перегородками и стенками сваи вводят поэтапно дополнительные материалы - твердые, или сыпучие, или жидкие, или газообразные и подают энергию тепловую или электрическую для обжига, плавления, замораживания или электрохимического закрепления грунтов ядра и полости сваи, преимущественно в нижнюю часть ядра, для создания дополнительного радиального давления ядра на стенки сваи и увеличения силы трения и сцепления ядра со стенкой, причем возводят ростверк. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей, повышении эффективности и безопасности способа и устройства для окружающей среды. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил. 



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению свайных фундаментов, конкретно к применению трубчатых свай, погружаемых с открытым нижним концом в слабые грунты.
Известно устройство, представляющее собой трубчатую сваю [А.с. 129549 СССР, МКИ Е 02 D 27/44. Свая], содержащую в полости поперечную диафрагму, жестко закрепленную на стенках трубы.
Известен способ возведения фундамента [А.с. 129549 СССР, МКИ Е 02 D 27/44. Свая], по которому в полости трубчатой сваи устраивают поперечную диафрагму, погружают сваю в грунт до уровня диафрагмы и возводят ростверк.
Недостатком данного устройства и способа является повышенная осадка трубчатой сваи на слабых грунтах основания.
Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство, которое содержит трубчатую сваю [А.с. 542790 СССР, МКИ Е 02 D 5/24. Свая], в нижней части полости которой жестко закреплены на стенках вертикальные продольные перегородки.
Из известных наиболее близким по технической сущности является способ возведения фундамента [А.с. 542790 СССР, МКИ Е 02 D 5/24. Свая], по которому в полости трубчатой сваи устраивают вертикальные продольные перегородки, погружают сваю в грунт глубже верхней границы перегородок и устраивают ростверк.
Недостатком устройства и способа [А.с. 542790 СССР, МКИ Е 02 D 5/24. Свая] являются повышенные энергоемкость погружения трубчатой сваи и динамическое воздействие на окружающий грунт, опасное для окружающей среды.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение эффективности и безопасности способа и устройства для окружающей среды.
Поставленная задача в части устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем трубчатую сваю и закрепленные внутри ее полости твердые вертикальные продольные элементы-перегородки, упомянутые элементы установлены с возможностью перемещения относительно стенок сваи и выполнены с утолщениями на уровне нижней части ядра, а в ячейки между перегородками и (или) стенками сваи введены дополнительные объемы материалов, например, в виде свай, причем утолщения выполнены в виде лопастей и (или) патрубков, установленных по винтовой линии относительно оси сваи. Указанные признаки позволяют управлять степенью упрочнения грунтового ядра в процессе возведения свай путем изменения числа дополнительных свай, их диаметра и глубины погружения.
Поставленная задача в части способа решена за счет того, что в известном способе, включающем операции погружения трубчатой сваи с открытым нижним концом и возведение ростверка, после погружения сваи в образовавшееся внутри ее полости грунтовое ядро вводят продольные перегородки, а в грунтовые ячейки между перегородками и (или) стенками сваи вводят дополнительные объемы материалов и подают дополнительную энергию, преимущественно в нижнюю часть ядра, чем упрочняют грунтовое ядро, создают дополнительные радиальные сжимающие напряжения в грунте ядра, обеспечивают дополнительные трение и сцепление его со стенками сваи и превращают ее в квазимонолитный фундамент глубокого заложения.
Указанные признаки расширяют возможности применения трубчатых свай больших диаметров при использовании обычных строительных средств, а также обеспечивают щадящее воздействие на окружающую среду вследствие поэтапного погружения отдельных элементов сваи.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 изображен в разрезах первый вариант устройства фундамента на трубчатой свае, в грунтовое ядро которой погружена вторая свая, а в грунтовые ячейки ядра последней - монолитные сваи. На фиг.3 и 4 - то же, второй вариант, по которому в ядро сваи погружена вторая свая с утолщениями в виде отрезков труб.
Устройство на фиг.1 и 2 содержит ростверк 1 на бетонной подготовке толщиной S0, опирающийся на трубчатую сваю 2 и грунтовое ядро 3, в которое погружены дополнительные внутренние сваи: например, свая 4 с продольными лопастями 5 и монолитные сваи 6 и 7. На фиг.3, 4 дополнительная свая 8 снабжена утолщением в виде нескольких соединенных с ней патрубков 9, которые одновременно служат и направляющими.
В качестве дополнительных внутренних свай 4, 6, 7 и 8 могут быть применены как призматические, так и клиновые; как монолитные, так и трубчатые сваи; как набивные, так и инъекционные, в том числе с уширениями и утолщениями, винтовые, включая их комбинации, а также термосваи и др., т.е. сваи любого рода и конфигурации.
Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в грунт погружают трубчатую сваю 2 с открытым нижним концом, а в образовавшееся грунтовое ядро 3 в полости сваи 2 вводят продольные перегородки, например, в виде свай с лопастями, а в грунтовые ячейки между перегородками и (или) стенками сваи вводят дополнительные объемы материалов и подают энергию, преимущественно в нижнюю часть ядра, и таким образом создают дополнительное радиальное давление ядра 3 на стенки сваи 2 и тем самым увеличивают силы трения и сцепления ядра 3 со стенкой 2, превращая сваю в квазимонолитный фундамент глубокого заложения с высокой несущей способностью по грунту, причем поэтапное введение материалов в грунт снижает динамическое воздействие на окружающую среду.
В качестве материалов могут быть использованы твердые (все типы свай и др. устройства), сыпучие (грунтовые, бетонные, порошковые и др.), жидкие (расширяющиеся цементные растворы и др. закрепляющие составы), газообразные (воздух, закрепляющие смеси), причем текучие материалы могут быть применены в оболочках. В качестве энергии можно использовать тепловую и электрическую для обжига, плавления, замораживания и электрохимического закрепления грунтов ядра в полости трубчатой сваи, чем обеспечивают упрочнение и сцепление ядра со стенками сваи и исключают возможность проталкивания ядра вверх при осадке сваи под воздействием сжимающих нагрузок, передаваемых от ростверка.
Рассмотрим работу предлагаемого способа, используя фиг.1 и 2.
При погружении трубчатой сваи 2 в ее полость входит грунт в виде ядра 3 цилиндрической формы, поскольку свая легко прорезает толщу грунта основания своими тонкими стенками. При этом несущая способность ее по грунту будет малой. Для повышения эффективности трубчатой сваи 2 в грунтовое ядро 3 погружают вторую трубчатую сваю 4, усиленную лопастями 5, и тем самым упрочняют грунтовое ядро. Трение грунта в узких ячейках между трубами 2 и 4 тормозит его проталкивание вверх и повышает несущую способность устройства.
Дополнительно грунтовое ядро внутри трубы 4 закрепляют погружением дополнительной сваи второго порядка, например монолитной сваи 6 (фиг.1 и 2). Для закрепления ядра в ячейках между трубчатой сваей 2 и трубчатой сваей 4 с лопастями 5 в ячейки погружают дополнительные сваи третьего порядка, например монолитные сваи 7. И в этом случае трубчатая свая 2 будет работать как монолитный фундамент глубокого заложения, поскольку весь грунт ядра будет заклинен в узком зазоре между трубами 2 и 4 и напряжен сжатием в радиальном направлении, при введении сваи 6 в грунтовое ядро трубы 4, и вытеснением тем самым грунта из центра к стенкам в радиальном направлении.
Представленные на фиг.1, 2 и 3, 4 конструкции функционально идентичны.
На фиг.3 и 4 дополнительная свая представлена трубчатой сваей 8, которая снабжена утолщением в виде патрубков 9, располагаемых в нижней части грунтового ядра 3.
Устройство работает следующим образом. Дополнительная свая 8 с трубчатыми утолщениями в виде патрубков 9 выполняют роль перегородок и расчленяют грунтовое ядро 3 в поперечном сечении на отдельные ячейки, грунт в которых «самозапирается» за счет сил трения и сцепления со стенками патрубков 9, и тем препятствует его проталкиванию вверх. Для повышения эффекта самозапирания грунта патрубки выполнены изогнутыми по винтовой линии.
В этом случае утолщение выполняет роль плиты, перекрывающей поперечное сечение грунтового ядра 3 и тем самым омоноличивающей его с трубчатой сваей 2.
Вариантом устройства перегородок может быть то, что они выполнены в виде шпунтовых стенок.
Параметры всех свай обосновываются соответствующими расчетами и уточняются на основе результатов натурных испытаний.
Отметим следующие преимущества предлагаемых технических решений:
- они позволяют создать фундамент с высокой несущей способностью с помощью обычных строительных средств;
- способ относится к щадящим окружающую среду технологиям, поскольку предусматривается лишь погружение тонкостенных (режущих) трубчатых свай. Динамическое погружение элементов производится поэтапно, и влияние погружения внутренних дополнительных свай при этом локализуется грунтовым ядром внутри трубчатой сваи. При этом внутренние сваи имеют и относительно меньшие параметры, определяющие динамику погружения;
- выполнение внутренних перегородок трубчатой сваи подвижными относительно трубы позволяет управлять степенью упрочнения грунтового ядра в процессе возведения трубчатых свай путем изменения числа дополнительных свай, их диаметра и глубины погружения.
Описанные способ и устройства для его осуществления не исключают иных вариантов в рамках заявленной совокупности существенных признаков.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Фундамент, содержащий трубчатую сваю с открытым нижним концом и грунтовое ядро в полости сваи, отличающийся тем, что внутри полости сваи расположены вертикальные продольные твердые элементы перегородки, причем упомянутые вертикальные продольные элементы установлены с возможностью перемещения относительно стенок сваи и выполнены с утолщениями на уровне нижней части ядра для образования ячеек, а в ячейки грунтового ядра между перегородками и стенками сваи введены дополнительные материалы для создания дополнительного радиального давления ядра на стенки сваи - твердые, или сыпучие, или жидкие, или газообразные, причем на сваю оперт ростверк.
2. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что утолщения выполнены в виде лопастей и/или патрубков.
3. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что утолщения выполнены по винтовой линии относительно оси сваи.
4. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что перегородки выполнены в виде шпунтовых стенок.
5. Способ возведения свайного фундамента, включающий операции погружения трубчатой сваи с открытым нижним концом и образование грунтового ядра внутри полости сваи, отличающийся тем, что после погружения сваи в образовавшееся внутри ее полости грунтовое ядро вводят вертикальные продольные твердые элементы-перегородки для образования в нем ячеек, в которые между перегородками и стенками сваи вводят поэтапно дополнительные материалы - твердые, или сыпучие, или жидкие, или газообразные и подают энергию тепловую или электрическую для обжига, плавления, замораживания или электрохимического закрепления грунтов ядра и полости сваи, преимущественно в нижнюю часть ядра, для создания дополнительного радиального давления ядра на стенки сваи и увеличения силы трения и сцепления ядра со стенкой, причем возводят ростверк.