ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2298066

СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Имя изобретателя: Булатов Георгий Яковлевич (RU); Булатов Андрей Александрович 
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ")
Адрес для переписки: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, ГОУ "СПбГПУ", патентно-лицензионный отдел
Дата начала действия патента: 2005.07.19 

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам и оборудованию для устройства набивных свай с защитными оболочками в грунте при возведении фундаментов зданий и сооружений. Способ возведения сваи включает монтаж трубы-оболочки, погружение ее в грунт и набивку. Перед погружением ее сплющивают к продольной оси с образованием звездообразного поперечного сечения со складками в виде лучей. После погружения ее расправляют путем погружения или нагнетания в ее полость материала набивки до необходимого регулируемого объема с оптимальной скоростью. Устройство для осуществления способа включает трубу-оболочку из металлического листового материала с наконечником и оголовком, который содержит штуцер для заполнения полости с внутренним патрубком, направленным к наконечнику трубы-оболочки по ее оси и зафиксированным штуцером для выпуска воздуха. Патрубок выполнен с радиально расположенными продольными перфорированными лопастями. Технический результат состоит в обеспечении снижения энергоемкости погружения оболочки и оптимизацию скорости раздвижки окружающего грунта, что снижает динамическое воздействие на окружающую среду и повышает несущую способность сваи. 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам и оборудованию для устройства набивных свай с защитными оболочками в грунте при возведении фундаментов зданий и сооружений.

Известен способ возведения сваи, реализуемый устройством [SU 552203 А, Е02D 5/66; Е02D 7/00], по которому монтируют обсадную трубу с теряемым башмаком, погружают ее в грунт, раздвигают две продольные секции трубы, бетонируют тело сваи и извлекают секции трубы.

Известно устройство для осуществления данного способа в виде обсадной трубы [SU 552203 А, Е02D 5/66; Е02D 7/00], содержащее разрезанные по длине две секции, причем один край каждой секции выполнен раздвоенным и в нем размещен нераздвоенный край другой секции, объединенные теряемым башмаком и съемной крышкой.

Недостатком данного способа и устройства являются повышенная энергоемкость погружения и сложность устройства.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ возведения свай, реализованный в устройстве [SU 661068 А, Е02D 5/66, 05.05.1979, 2 с], включающий монтаж трубы-оболочки, погружение ее в грунт и набивку, при этом способ осуществляется устройством, выполненным в виде трубы-оболочки с наконечником и оголовком.

Недостатком данного способа и устройства являются сложность изготовления трубы, повышенная энергоемкость ее погружения и малая управляемость ее несущей способностью.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и эффективности способа и устройства для набивки свай.

Поставленная задача в части способа решена за счет того, что предварительно изготовленную из материала со свойством пластичности, например, тонкостенную металлическую трубу-оболочку закрывают с двух концов, затем ее сплющивают к продольной оси с образованием звездообразного поперечного сечения и погружают в грунт. После этого, под давлением нагнетаемого в полость материала, оболочку расправляют до необходимого регулируемого объема. При этом происходит обжатие и уплотнение окружающего грунта с оптимальной скоростью. Затем подают энергию для упрочнения материала набивки и герметизируют полость сваи под давлением.

Указанные признаки расширяют возможности применения трубчатых свай больших диаметров при использовании обычных строительных средств, а также обеспечивают щадящее воздействие на окружающую среду вследствие минимизации поперечного сечения трубы-оболочки при ее погружении и регулирования раздвижки окружающего грунта.

Поставленная задача в части устройства решена за счет того, что труба-оболочка выполнена из материала со свойством пластичности, например, из металлического листового материала, с возможностью ее сплющивания к продольной оси, герметизации и последующего расправления, и снабжена внутренним патрубком, закрепленным на оголовке и идущим вдоль оси трубы-оболочки к наконечнику.

Указанные признаки позволяют управлять степенью воздействия на окружающую среду и повысить несущую способность сваи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид трубы-оболочки, готовой к погружению; на фиг.2 - поперечный разрез сваи-оболочки непосредственно после ее погружения в грунт; на фиг.3 - поперечный разрез трубы-оболочки в грунте в частично расправленном виде.

СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Устройство для набивки (фиг.1) содержит трубу-оболочку 1 сваи, наконечник 2 и оголовок 3, оборудованный штуцером 4 для заполнения полости и штуцером 5 для выпуска воздуха. Штуцер 4 продолжен внутренним патрубком 6, направленным к наконечнику 2 трубы-оболочки и зафиксированным на ее оси. На фиг.2 представлена труба-оболочка 1 в грунте в сплющенном виде и на фиг.3 - в частично расправленном виде с патрубком 6, снабженным радиально расположенными продольными перфорированными лопастями 7, и материал 8 набивки, заполняющий внутреннюю полость трубы-оболочки.

Штуцеры 4 и 5 оборудованы запорным вентилями. Насос и контрольно-измерительная аппаратура не показаны.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что защитную трубу-оболочку предварительно сплющивают к продольной оси с образованием звездообразного поперечного сечения (фиг.2) со складками в виде лучей, а после погружения, под давлением нагнетаемого в полость материала 8 набивки, трубу-оболочку 1 расправляют до необходимого регулируемого объема (фиг.3), обжимая и уплотняя грунт с оптимальной скоростью, герметизируют полость сваи под давлением и поддерживают требуемый его уровень на период эксплуатации.

Отличием способа является то, что трубу-оболочку расправляют погружением в ее полость твердых элементов, которые предварительно покрывают антифрикционным материалом.

Другими отличиями способа будут следующие:

- трубу-оболочку после ее сплющивания скручивают относительно продольной оси;

- сваю составляют из нескольких звеньев различного диаметра, разделенных поперечными диафрагмами, и звенья в грунте расправляют последовательно;

- после расправления трубы-оболочки в ее полость подают энергию для закрепления материала набивки;

- сплющенную трубу-оболочку выполняют путем последовательного сложения листового материала в гармошку с последующим соединением кромок листа;

- в случае применения жидких и газообразных материалов 8, сбрасывают давление, удаляют материал 8 набивки трубы-оболочки, сплющивают ее путем вакуумирования и извлекают из грунта.

В случае необходимости замедленной раздвижки окружающего грунта, в полость трубы-оболочки 1 вначале нагнетают инертную жидкость, чтобы расправить трубу-оболочку, а затем ее замещают постоянным материалом 8 набивки. Оптимальную скорость расправления трубы-оболочки 1 определяют расчетом.

В качестве энергии можно использовать тепловую и электрическую для обжига, плавления, замораживания и электрохимического закрепления материалов набивки в полости трубы-оболочки, чем обеспечивают упрочнение сваи, повышая ее несущую способность по материалу.

Устройство (фиг.1-3) работает следующим образом

Сплющенная вместе с наконечником 2 труба-оболочка 1 имеет минимальную площадь поперечного сечения и поэтому требует минимальной мощности оборудования для погружения в грунт, что естественно снижает динамическое воздействие на окружающую среду. Свойство пластичности материала трубы-оболочки и ее герметичность позволяют расправить ее при подаче насосом под давлением материала 8 набивки и тем самым получить полноценную набивную сваю с сечением, приближающимся к круговому.

В качестве материалов 8 набивки могут быть использованы твердые (все типы свай, арматура и др. устройства), сыпучие (грунтовые, бетонные, порошковые и др.), жидкие (расширяющиеся цементные растворы, вода, минеральное масло и др.), газообразные (воздух и др.).

В случае набивки твердых и сыпучих материалов 8 оголовок 3 снимают до или после частичного или полного расправления трубы-оболочки 1.

Жидкий материал набивки 8, например цементный раствор, через штуцер 4 по внутреннему патрубку 6 подают под давлением к наконечнику 2 в полость трубы-оболочки и вытесняют воздух вверх через выпускной штуцер 5, закрепленный на оголовке 3. При этом перфорация лопастей 7 обеспечивает равномерность поступления раствора в ячейки полости трубы-оболочки 1. После вытеснения воздуха штуцер 5 закрывают и продолжают нагнетание раствора 8, который расправляет трубу-оболочку 1 в поперечном сечении до формы, близкой к кольцевой.

Труба-оболочка может быть сплющена на глубину, изменяющуюся по длине сваи с требуемой конфигурацией, чтобы создать, например, местное утолщение сваи.

Отличием устройства является то, что труба-оболочка выполнена из нескольких звеньев различного диаметра, разделенных поперечными диафрагмами.

Сплющивание трубы-оболочки 1 выполняют вместе с наконечником 2 и оголовком 3 или отдельно от оголовка 3 и (или) от наконечника 2.

Изобретение обеспечивает снижение энергоемкости погружения оболочки и оптимизацию скорости раздвижки окружающего грунта, что снижает динамическое воздействие на окружающую среду и повышает несущую способность сваи.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ возведения сваи, включающий монтаж трубы-оболочки, погружение ее в грунт и набивку, отличающийся тем, что перед погружением ее сплющивают к продольной оси с образованием звездообразного поперечного сечения со складками в виде лучей, а после погружения ее расправляют путем погружения или нагнетания в ее полость материала набивки до необходимого регулируемого объема с оптимальной скоростью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае нагнетания материала набивки полость сваи герметизируют под давлением и поддерживают требуемый его уровень на период эксплуатации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полость трубы-оболочки сначала нагнетают инертную жидкость, а затем ее замещают постоянным материалом набивки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полость трубы-оболочки в качестве материала набивки погружают твердые элементы, которые предварительно покрывают антифрикционным материалом.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубу-оболочку выполняют конусообразной, а после сплющивания ее скручивают относительно продольной оси.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубу-оболочку составляют из нескольких звеньев, разделенных поперечными диафрагмами, и звенья в грунте расправляют последовательно.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что после нагнетания в полость материала набивки подают энергию для его закрепления.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что сплющивание трубы-оболочки осуществляют путем последовательного сложения листового материала в гармошку с последующим соединением кромок листа.

9. Способ по п.2, отличающийся тем, что в конце эксплуатации в случае применения жидких и газообразных материалов набивки сбрасывают давление, удаляют материал набивки, сплющивают трубу-оболочку путем вакуумирования и извлекают из грунта.

10. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее трубу-оболочку из металлического листового материала с наконечником и оголовком, который содержит штуцер для заполнения полости с внутренним патрубком, направленным к наконечнику трубы-оболочки по ее оси и зафиксированным штуцером для выпуска воздуха, при этом патрубок выполнен с радиально расположенными продольными перфорированными лопастями.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что труба-оболочка выполнена с возможностью ее герметизации в случаи нагнетания материала набивки.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что труба-оболочка выполнена из нескольких звеньев различного диаметра, разделенных поперечными диафрагмами.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что труба-оболочка выполнена конусообразной.

Версия для печати
Дата публикации 02.05.2007гг


вверх