СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ДЛЯ ВЕЧНОМЕРЗЛОГО ГРУНТА

Название	СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ДЛЯ ВЕЧНОМЕРЗЛОГО ГРУНТА
Разработчик (Авторы)	Кузьмин Г.П., Чжан Р.В., Ремизов В.А.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2469150
Дата регистрации	03.05.2011
Правообладатель	Учреждение Российской академии наук - Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к строительству, к способам изготовления свайных фундаментов сооружений, включающих расчет несущих нагрузок свай, погружаемых в вечномерзлый грунт.

Известна «Свая» (SU 1206387) [1], вмораживаемая в вечномерзлый грунт, включающая ствол, имеющий выступы по боковой поверхности.

Недостатком известной сваи является отсутствие точного расчета нагрузки, что приводит либо к избыточности материалов и прочих затрат при установке сваи либо (при недостаточности нагрузочной способности) к дефектам строительства в целом.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления свайного фундамента для вечномерзлого грунта, включающий бурение скважины, помещение сваи в скважину, заполнение пазухи между стенками скважины и сваей грунтовым или известково-песчаным раствором, выдержку до промерзания раствора, причем свая изготавливается в соответствии с предварительным расчетом, при этом производят расчет давления на мерзлый грунт под нижним концом сваи и расчет сопротивления мерзлого грунта или раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи в пределах i-го слоя грунта, включая расчет сопротивления зубцов, имеющих нижние и верхние грани «Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу I» (СНиП 2.02.04-88, п.3.20 [2] формула (3) [4])

Недостатком известного способа [2] является неточность расчета сваи при наличии выступов на боковой поверхности. Неточность расчета приводит либо к завышенным расходам при строительстве, либо при переоценке несущей способности к дефектам строительства и, в крайнем случае, к разрушению постройки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности расчета нагрузки сваи для вечномерзлого грунта, что приводит к оптимизации расходов при строительстве и повышению надежности постройки.

Технический результат достигается тем, что сваи изготавливают в соответствии с расчетом дополнительной нагрузки для выступов боковой поверхности, учитывая сопротивление грунта нижним граням зубцов, а окончательная формула расчета имеет вид:

,

где R - расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи, R'_i - давление нижних граней зубцов на грунт в пределах i-го слоя; τ_i - сопротивление грунта на сдвиг в пределах i-го слоя; A₁ - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов; A_i - площадь опирания нижних граней зубцов на грунт в пределах i-го слоя; A_τ,i - площадь среза грунта концами зубцов; α - угол наклона грани зубца.

Пример расчета цилиндрической сваи

Внешний вид вмораживаемой в вечномерзлый грунт сваи показан на Фиг.1 (разрез), где

1 - граница поверхности земли,

2 - граница сезонного протаивания,

3 - вечномерзлый грунт,

4 - головка сваи,

5 - зубцы сваи,

6 - верхние грани зубцов,

7 - нижние грани зубцов,

8 - нижний торец сваи,

A₁ - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов, равная ,

A_i - площадь опирания нижней грани i-го зубца на грунт, равная .

Расчет несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с зубцами на боковой поверхности проводится при принятом расстоянии между зубцами l=4 k, где k=(d₂-d₁)/2·tgα - проекция наклонной образующей на вертикальную ось сваи. Количество зубцов на свае, погруженных в вечномерзлый грунт на глубину h_af,

Площадь поверхности торца сваи ;

Суммарная площадь нижних граней зубцов на свае

Суммарная площадь сдвига сваи по боковой поверхности

А_τ=πd₂h_af.

Параметры сваи: d₁=40 см; d₂=45 см; h_af=4,5 м; α=45°.

Вечномерзлые грунты - однородные мелкозернистые пески с максимальной в годовом периоде средней по глубине заложения температурой вечномерзлого грунта T_e=-1,5°С и температурой вечномерзлого грунта на глубине заложения сваи на момент установления максимальной температуры грунта T_z=-2,0°С. По СНиП 2.02.04-88 «Основания фундаменты на вечномерзлых грунтах» расчетное давление на мерзлые пески при T_z=-2,0°С, R=1700 кПа, при T_e=-1,5°С - R=1500 кПа; R_af=160 кПа и сопротивление сдвигу по грунту при T_e=-1,5°С τ=210 кПа.

Формула расчета и величина несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с зубцами на боковой поверхности при приведенных расчетных параметрах

Для сравнения расчет по формуле [2] расчета и величины несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с гладкой боковой поверхностью дает результат:

Нагрузочная способность сваи с гладкой боковой поверхностью существенно ниже, чем сваи с зубчатой боковой поверхностью, что позволяет нагружать сваю с зубцами большей, рассчитанной по указанной формуле, нагрузкой и либо существенно экономить на количестве свай при строительстве, либо уменьшать материалоемкость каждой сваи без потери несущей способности сваи и уменьшения надежности постройки.

Промышленное применение

Изобретение может быть с успехом применено для расчета сваи, вмораживаемой в вечномерзлый грунт.

Формула изобретения

Способ изготовления свайного фундамента для вечномерзлого грунта, включающий бурение скважины, помещение сваи в скважину, заполнение пазухи между стенками скважины и сваей грунтовым или известково-песчаным раствором, выдержку до промерзания раствора, причем свая изготавливается в соответствии с предварительным расчетом, при этом производят расчет давления на мерзлый грунт под нижним концом сваи и расчет сопротивления мерзлого грунта или раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи в пределах i-гo слоя грунта, включая расчет сопротивления зубцов, имеющих нижние и верхние грани, отличающийся тем, что сваи изготавливают в соответствии с расчетом дополнительной нагрузки для выступов боковой поверхности, учитывая сопротивление грунта нижним граням зубцов, а окончательная формула расчета имеет вид:

где R - расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи, R'_i давление нижних граней зубцов на грунт в пределах i-гo слоя; τ_i - сопротивление грунта на сдвиг в пределах i-гo слоя; A₁ - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов; A_i - площадь опирания нижних граней зубцов на грунт в пределах i-гo слоя; A_τ,i - площадь среза грунта концами зубцов; α - угол наклона грани зубца.

Изобретение "СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ДЛЯ ВЕЧНОМЕРЗЛОГО ГРУНТА" (Кузьмин Г.П., Чжан Р.В., Ремизов В.А.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога