Свайный фундамент для одиночно стоящих объектов и способы возведения такого фундамента

Свайный фундамент для одиночно стоящих объектов и способы возведения такого фундамента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к свайному фундаменту для одиночно стоящих объектов, таких как, например, опоры сетей, мачты или акустические экраны, и к способам возведения такого фундамента.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Винтовые сваи широко используются в строительстве при возведении фундаментов. Винтовая свая представляет собой цилиндрическое тело с закрытым или открытым заостренным концом, на наружной (а в некоторых случаях и на внутренней) поверхности которого в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен шнек. Такие сваи по сравнению с обычными стальными или железобетонными забивными сваями, погружаемыми в слой основания путем забивки, обладают существенно большей несущей способностью по вертикали за счет шнека, выполняющего роль надежного якоря даже в рыхлых грунтах, где для забивных свай требуется большая длина. Таким образом, винтовые сваи имеют меньшие размеры по сравнению с забивными сваями и залегают на меньшей глубине при эквивалентной несущей способности по вертикали.

Известен способ возведения свайного фундамента для одиночно стоящих объектов (опор, мачт, и т.п.), согласно которому в слой основания по существу вертикально завинчивают винтовую сваю, выполненную в виде цилиндрического тела с заостренным концом, на наружной поверхности которого в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен по меньшей мере один оборот шнека (http://www.osnovadoma.com).

Недостатком такого способа является то, что возведенный согласно этому способу фундамент не обеспечивает устойчивость одиночно стоящего объекта к воздействию повышенных боковых, например, ветровых, нагрузок.

Известен свайный фундамент для одиночно стоящих объектов, возводимый согласно вышеописанному способу, который включает по существу вертикально завинченную в слой основания винтовую сваю, выполненную в виде цилиндрического тела с заостренным концом, на наружной поверхности которого в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен по меньшей мере один оборот шнека (http://www.osnovadoma.com).

Недостаток такого свайного фундамента заключается в том, что воздействие горизонтальных усилий, например ветровых нагрузок, на верхний конец одиночно стоящего объекта, установленного на таком фундаменте, приводит к его отклонению от вертикальности, искажению и разрушению конструкции одиночно стоящего объекта. Достижение горизонтальной устойчивости фундаментов на основе винтовых свай обеспечивается за счет использования свайного поля и связывания нескольких свай в их верхней части, выступающей из грунта, например, бетонной стяжкой. Однако этот прием оказывается весьма трудоемким и дорогостоящим при возведении фундаментов для одиночно стоящих объектов, испытывающих односторонние или многосторонние статические и динамические боковые нагрузки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание способа возведения свайного фундамента для одиночно стоящих объектов, стойкого к повышенным боковым нагрузкам, действующим в одном или нескольких направлениях.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание свайного фундамента для одиночно стоящих объектов, способного выдерживать повышенные боковые нагрузки, действующие в одном или нескольких направлениях.

Указанные задачи решены с использованием настоящего изобретения, варианты реализации которого изложены ниже. Согласно первому варианту реализации предложен способ возведения свайного фундамента для одиночно стоящего объекта, согласно которому в слой основания по существу вертикально завинчивают винтовую сваю, выполненную в виде цилиндрического тела с заостренным концом, на наружной поверхности которого в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен по меньшей мере один оборот шнека, отличающийся тем, что в указанный слой основания под углом к указанной винтовой свае завинчивают по меньшей мере одну дополнительную винтовую сваю, выполненную в виде цилиндрического тела с заостренным концом, на наружной поверхности которого в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен по меньшей мере один оборот шнека, а на задних по направлению завинчивания концах указанных винтовых свай с обеспечением их взаимной связки и фиксации устанавливают опорное приспособление, выполненное с возможностью закрепления одиночно стоящего объекта.

Указанная винтовая свая и дополнительная винтовая свая могут включать по меньшей мере два оборота шнека, причем указанные шнеки распложены по длине указанных винтовых свай с шагом 1 метр и имеют одинаковый шаг винта.

Установка указанного опорного приспособления на задних по направлению завинчивания концах указанных винтовых свай с обеспечением их взаимной фиксации может быть осуществлена с образованием неразъемного соединения с применением сварки.

Указанное опорное приспособление может быть выполнено разъемным и может включать опорную площадку, прикрепленную к задним по направлению завинчивания концам указанных винтовых свай, и опорную пластину, к которой может крепиться направляющая для установки одиночно стоящего объекта, причем опорная площадка может крепиться к опорной пластине посредством болтового соединения.

Указанная по меньшей мере одна дополнительная винтовая свая может завинчиваться относительно указанной винтовой сваи под углом, величина которого находится в диапазоне от 10° до 60°.

Согласно второму варианту реализации предложен способ возведения свайного фундамента для одиночно стоящего объекта, согласно которому в слой основания завинчивают по меньшей мере две винтовые сваи, выполненные в виде цилиндрического тела с заостренным концом, на наружной поверхности которых в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен по меньшей мере один оборот шнека, отличающийся тем, что в указанный слой основания указанные винтовые сваи завинчивают под углом к вертикали, а на задних по направлению завинчивания концах указанных винтовых свай с обеспечением их взаимной связки и фиксации устанавливают опорное приспособление, выполненное с возможностью закрепления одиночно стоящего объекта.

Указанные винтовые сваи могут включать по меньшей мере два оборота шнека, причем указанные шнеки распложены по длине указанных винтовых свай с шагом 1 метр и имеют одинаковый шаг винта.

Указанные по меньшей мере две винтовые сваи завинчиваются под одинаковыми углами или под разными углами к вертикали, величина которых находится в диапазоне от 10° до 60°.

При трех и более наклонных сваях их завинчивание происходит под углом от 10° до 60° к вертикали в разных вертикальных плоскостях, расположенных под углом друг к другу, величина которого определяется в зависимости от направлений действия боковой нагрузки. Например, для трех наклонных свай и одиночно стоящей опоры, испытывающей повышенные боковые нагрузки с любой из ее сторон, оптимальным вариантом расположения наклонных винтовых опор будет система типа «симметричный трипод», с взаимным углом расположения указанных плоскостей, равным 120°.

Установка указанного опорного приспособления на задних по направлению завинчивания концах указанных винтовых свай с обеспечением их взаимной фиксации может быть осуществлена с образованием неразъемного соединения с применением сварки.

Указанное опорное приспособление может быть выполнено разъемным и может включать опорную площадку, прикрепленную к задним по направлению завинчивания концам указанных винтовых свай, и опорную пластину, к которой может крепиться направляющая для установки одиночно стоящего объекта, причем опорная площадка может крепиться к опорной пластине посредством болтового соединения.

Согласно третьему варианту реализации предложен свайный фундамент для одиночно стоящего объекта, полученный в результате реализации вышеописанных способов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже приведено описание предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - показывает вид сбоку свайного фундамента, возведенного с использованием способа согласно первому варианту реализации настоящего изобретения,

Фиг.2 - показывает вид сверху опорной площадки опорного приспособления,

Фиг.3 - показывает вид сверху опорной пластины опорного приспособления,

Фиг.4 - показывает вид сбоку свайного фундамента, возведенного с использованием способа согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

Фиг.5 - показывает вид сверху свайного фундамента, возведенного с использованием способа согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

Фиг.6 - иллюстрирует схему проведения испытаний стоек для акустических экранов на фундаменте из пары винтовых свай.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показан вид сбоку свайного фундамента, возведенного с использованием способа согласно первому варианту реализации настоящего изобретения.

Конструкция такого свайного фундамента включает винтовую сваю 1, которая в рамках данного описания названа основной, дополнительную винтовую сваю 2 и опорное приспособление 3. Опорное приспособление 3 выполнено разъемным и включает опорную площадку 4 и опорную пластину 5, расположенную над указанной опорной площадкой 4, причем опорная площадка 4 прикреплена к задним по направлению завинчивания концам сваи 1 и сваи 2, так что расстояние между центральными осями указанных концов равно А, а опорная пластина 5 прикреплена к опорной площадке 4 посредством болтов 7. Одиночно стоящий объект установлен посредством сварки с применением дополнительных упрочняющих деталей на опорной пластине 5. Ответные отверстия, выполненные в опорной пластине 5, для крепления к опорной площадке 4, имеют удлиненную форму, что позволяет опорной пластине 5 перемещаться относительно опорной площадки 4.

Согласно предпочтительному варианту реализации предлагаемого способа на первом этапе возведения свайного фундамента для одиночно стоящего объекта осуществляют завинчивание в слой основания винтовой сваи 1. Затем под углом к основной свае 1 в слой основания завинчивают дополнительную винтовую сваю 2. При этом направление ввинчивания сваи 2 выбирают из соображений обеспечения максимальной устойчивости одиночно стоящего объекта к воздействию боковых нагрузок. Так, например, при установке акустического экрана вдоль железнодорожного пути указанную дополнительную сваю завинчивают в направлении воздействия воздушной волны от перемещающихся поездов, а именно, перпендикулярно указанному акустическому экрану. Следует отметить, что количество дополнительных свай, в рамках данного примера равное единице, может при необходимости быть увеличено. Так, например, при действии комбинированной боковой нагрузки может быть установлено несколько дополнительных винтовых свай, расположенных в направлении действия указанных нагрузок для их компенсации. Угол между указанными дополнительными винтовыми сваями и основной сваей может также быть от 10° до 60°.

Далее на задние по направлению завинчивания концы сваи 1 и сваи 2 устанавливают, например, при помощи сварки опорную площадку 4, выполненную с обеспечением взаимной фиксации указанных свай, так что расстояние между центральными осями указанных концов свай равно А (фиг.1). Затем над опорной площадкой 4 (фиг.2) размещают опорную пластину 5 (фиг.3) и посредством болтового соединения соединяют площадку 4 и пластину 5 друг с другом.

Затем на опорной пластине 5 устанавливают опору отдельно стоящего объекта и прикручивают указанную опору с использованием дополнительных крепящих деталей к опорной площадке 4.

Ответные отверстия, выполненные в опорной пластине 5, для крепления к опорной площадке 4 имеют удлиненную форму, что позволяет пластине 5 перемещаться относительно площадки 4 и, следовательно, варьировать место расположения одиночно стоящего объекта. Опорная площадка 4 и опорная пластина 5 образуют опорное приспособление 3.

На фиг.4 показан вид сбоку свайного фундамента, возведенного с использованием способа согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

Конструкция такого свайного фундамента включает винтовую сваю 7, винтовую сваю 8, винтовую сваю 9 и опорное приспособление 10. Опорное приспособление 10 выполнено разъемным и включает опорную площадку 11 и опорную пластину 12, расположенную над опорной площадкой 11, причем опорная площадка 11 прикреплена к задним по направлению завинчивания концам сваи 7, сваи 8 и сваи 9, а опорная пластина 12 прикреплена к опорной площадке 11 посредством болтов 13. Одиночно стоящий объект в виде опоры для монтажа конструкции, такой как акустический экран, установлен посредством сварки с применением дополнительных упрочняющих деталей на опорной пластине 12. Ответные отверстия, выполненные в опорной пластине 12, для крепления к опорной площадке 11, имеют удлиненную форму, что позволяет перемещать опорную пластину 12 относительно опорной площадки 11 при установке.

Согласно предпочтительному варианту реализации при возведении проиллюстрированного на фиг.4 и 5 свайного фундамента для одиночно стоящего объекта осуществляют последовательное завинчивание в слой основания под углом к вертикали от 10° до 60° в разных вертикальных плоскостях сваи 7, сваи 8 и сваи 9, при этом угол между указанными вертикальными плоскостями выбирают равным 120°. В результате возводимый фундамент имеет форму трипода.

Далее на задние по направлению завинчивания концы свай 7, 8 и 9 устанавливают, например, при помощи сварки опорную площадку 11, выполненную с обеспечением взаимной фиксации указанных свай. Затем над опорной площадкой 11 размещают опорную пластину 12 и посредством болтового соединения соединяют площадку 11 и пластину 12 друг с другом.

Затем на опорной пластине 11 устанавливают опору отдельно стоящего объекта и прикручивают указанную опору с использованием дополнительных крепящих деталей к опорной площадке 12.

Ответные отверстия, выполненные в опорной пластине 12, для крепления к опорной площадке 11 могут иметь удлиненную форму, что позволяет перемещать опорную пластину 12 относительно опорной площадки 11 при установке и, следовательно, варьировать место расположения одиночно стоящего объекта. Опорная площадка 11 и опорная пластина 12 образуют опорное приспособление 10.

Технический результат от использования вышеописанного свайного фундамента, заключающийся в обеспечении максимальной устойчивости одиночно стоящего объекта к воздействию боковых нагрузок, подтверждается результатами испытаний, приведенными ниже. Схема проведения испытаний проиллюстрирована на фиг.6.

ИСПЫТАНИЯ СТОЕК ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ НА СВАЙНОМ ФУНДАМЕНТЕ ИЗ ПАРЫ ВИНТОВЫХ СВАЙ.

1. Основные данные.

Грунт на глубине 0-0,4 м - техногенный строительный (смесь почвогрунта, песка, щебня и битого кирпича). На глубине 0,4-1,4 м - супесь. На глубине 1,4-2,1 м - красная глина.

Стойка-двутавр профиль 20Ш1, материал - сталь Ст.3.

Длина стойки L=4000 мм.

Точка приложения нагрузки - L/2=2000 мм.

Точка A - верхняя точка стойки.

Точка B - опорная пластина стойки (приварена к нижнему торцу стойки с усилением 2-мя раскосинами).

Точка C - опорная площадка с 4-мя винтовыми шпильками МЗО.

Высота точки C над уровнем грунта = 300 мм.

Расстояние между B и C = 90 мм (расстояние регулируется от 0 до 180 мм с помощью гаек).

Основная свая - ⌀159 мм, материал - сталь Ст.3, толщина стенки 6 мм, глубина залегания на уровне шнека = 2,1 м). Диаметр шнека=400 мм.

Дополнительная свая - ⌀108 мм, материал - сталь Ст.3, толщина стенки 4,5 мм, глубина залегания на уровне шнека = 2,0 м. Диаметр шнека = 300 мм. Угол завинчивания дополнительной сваи α=43° относительно вертикали.

2. Порядок проведения испытания

После завинчивания обе сваи изнутри залили бетоном до верхнего среза. Затем к верхнему срезу свай приварили опорную площадку с винтовыми шпильками с обеспечением взаимной фиксации обеих свай.

В соответствии со схемой испытаний к середине стойки закрепили 1-й трос. Другой конец этого троса прикрепили к динамометру, связанному с неподвижным анкером вторым тросом через натяжитель-лебедку.

На трех независимых опорах, вбитых в грунт рядом со стойкой, закрепили измерительные линейки Ла, Лв и Лс так, чтобы по ним можно было проводить замер горизонтального смещения точек A, B и C относительно земли.

Затем с помощью лебедки производили предварительный натяг троса с усилием 200 кг для устранения всех люфтов и компенсации растяжки тросов силовой схемы натяжения. В этом положении засекли нулевые значения смещения в точках A, B и C.

Далее с шагом 100 или 200 кг производили последовательный натяг до максимального усилия 1200 кг с фиксацией смещения в каждой точке на каждом шаге.

Результаты испытаний сведены в таблицу:

Нагрузка, F	200	400	600	800	1000	1100	1200
Смещение конца стойки - точка A, мм	0	12	22	33	43	48	57
Смещение на уровне точки B, мм	0	0,5	1,0	18	2,5	3,0	10
Смещение на уровне точки C, мм	0	0,5	1,0	1,7	2,3	2,5	3,0

Выводы и замечания:

1. Предварительное расчетное значение максимальной нагрузки, прикладываемой в точке L/2, равно 1070 кг. Это значение соответствует максимальной распределенной ветровой нагрузке (86 кг на 1 м² акустического экрана при высоте экрана 3,7 м и шаге опор 4,0 м), приведенной к длине опоры и приложенной в точке L/2.

2. При значениях нагрузки выше 1100 кг наблюдается визуальная упругая деформация стойки опоры по ее длине от точки B до точки L/2.

3. Ширина щели, измеренная по уровню грунта под максимальной нагрузкой 1200 кг между вертикальной опорой и грунтом, - отсутствует (визуально не определяется). Таким образом, указанные результаты, свидетельствует о том, что отклонение по горизонтали одиночно стоящего объекта под максимальной нагрузкой в результате смещения свайного фундамента ничтожно мало, а отклонение верхнего торца указанного объекта (точка A) происходит в основном из-за суммарной упругой деформации стальных конструкций от точки C и выше.

1. Способ возведения свайного фундамента для одиночно стоящих объектов, включающий:по существу вертикальное завинчивание в слой основания винтовой сваи, выполненной в виде цилиндрического тела с заостренным концом, на наружной поверхности которого в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен по меньшей мере один оборот шнека, отличающийся тем, что онвключает завинчивание в указанный слой основания под углом к указанной винтовой свае по меньшей мере одной дополнительной винтовой сваи, выполненной в виде цилиндрического тела с заостренным концом, на наружной поверхности которого в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен по меньшей мере один оборот шнека, и установку опорного приспособления, выполненного с возможностью закрепления одиночно стоящего объекта, на задних по направлению завинчивания концах указанных винтовых свай с обеспечением их взаимной связки и фиксации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по существу вертикально в слой основания завинчивают винтовую сваю, на которой закреплены по меньшей мере два оборота шнека, а под углом к указанной винтовой свае в указанный слой основания завинчивают по меньшей мере одну дополнительную винтовую сваю, на которой закреплены по меньшей мере два оборота шнека, причем указанные шнеки распложены по длине указанных винтовых свай с шагом 1 м и имеют одинаковый шаг винта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что установку указанного опорного приспособления на задних по направлению завинчивания концах указанных винтовых свай с обеспечением их взаимной фиксации осуществляют с образованием неразъемного соединения с помощью сварки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное опорное приспособление выполняют разъемным, так что оно включает опорную площадку, которую прикрепляют к задним по направлению завинчивания концам указанных винтовых свай, и опорную пластину, которую размещают над указанной опорной площадкой и к которой крепят одиночно стоящий объект, а опорную площадку крепят к опорной пластине посредством болтового соединения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную по меньшей мере одну дополнительную винтовую сваю завинчивают относительно указанной винтовой сваи под углом, величина которого заключена в диапазоне от 10 до 60°.

6. Способ возведения свайного фундамента для одиночно стоящих объектов, включающий:завинчивание по меньшей мере двух винтовых свай, выполненных в виде цилиндрического тела с заостренным концом, на наружной поверхности которых в области переднего по направлению завинчивания конца закреплен по меньшей мере один оборот шнека, отличающийся тем, что в указанный слой основания указанные винтовые сваи завинчивают под углом к вертикали, а на задних по направлению завинчивания концах указанных винтовых свай с обеспечением их взаимной связки и фиксации устанавливают опорное приспособление, выполненное с возможностью закрепления одиночно стоящего объекта.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в слой основания завинчивают винтовые сваи, на которых закреплены по меньшей мере два оборота шнека, причем указанные шнеки распложены по длине указанных винтовых свай с шагом 1 м и имеют одинаковый шаг винта.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанные по меньшей мере две винтовые сваи завинчивают под одинаковыми углами или под разными углами к вертикали, величина которых находится в диапазоне от 10 до 60°.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что на этапе завинчивания по меньшей мере двух винтовых свай завинчивают три наклонных сваи, соответственно расположенные в разных вертикальных плоскостях, расположенных под углом 120° друг к другу, а угол к вертикали, под которым завинчивают эти сваи, составляет от 10 до 60°.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что установку указанного опорного приспособления на задних по направлению завинчивания концах указанных винтовых свай с обеспечением их взаимной фиксации осуществляют с образованием неразъемного соединения с помощью сварки.

11. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанное опорное приспособление выполняют разъемным, так что оно включает опорную площадку, которую прикрепляют к задним по направлению завинчивания концам указанных винтовых свай, и опорную пластину, которую размещают над указанной опорной площадкой и к которой крепят одиночно стоящий объект, а опорную площадку крепят к опорной пластине посредством болтового соединения.

12. Свайный фундамент для одиночно стоящего объекта, возведенный с использованием способа по пп.1-11.