СВАЯ Российский патент 1994 года по МПК E02D5/30 

Изобретение относится к строительству, а именно к оголовкам свай.

Оголовок свай является наиболее чувствительной частью сваи в момент забивки ее молотом, а также при воздействии на нее вибрационных и других нагрузок. Наиболее часто в строительстве применяют забивные сваи. При этом одной из основных причин недобивки свай до проектной отметки является разрушение оголовка. С целью упрочнения оголовка применяют при его изготовлении усиленное армирование.

Известна железобетонная свая, оголовок которой с целью предохранения от повреждений в процессе забивки усиливается дополнительно к продольному армированию поперечной арматурой: хомутами с шагом, меньшим чем в пределах ствола, дополнительно или взамен хомутов арматурными сетками из стержней 5-8 мм с ячейками до 5 см. Таких сеток ставят при этом от четырех до шести штук [1] . Однако такого усиления оголовка зачастую оказывается недостаточно, чтобы предотвратить его разрушение, что и наблюдается повсеместно.

Известна винтовая свая, оголовок которой и непосредственно граничащая с ней часть ствола выполнена из фибробетона, а остальная часть сваи железобетонная и армирована при этом продольными стержнями с обвивкой по ним проволочной спиралью [2]. Такое устройство сложно в изготовлении, к тому же не обладает достаточной прочностью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство оголовка сваи, содержащее спиральный элемент (улиточный бугель), размещенный в оголовке сваи в несколько рядов, параллельных торцу, и представляющий собой спиральные обмотки, выполненные из проволоки диаметром 3-10 мм [3]. Такие спирали, будучи не скреплены своими концами непосредственно (или опосредованно) с рабочей арматурой, а также будучи разобщены одна от другой вдоль оголовка, не обеспечивает надежного скрепления бетона в пределах всего объема оголовка, что недостаточно препятствует его разрушению от воздействия ударов молота. Кроме того изготовление и установка таких спиралей с насыщением ими всего объема оголовка является трудоемкой операцией.

Другое решение задачи усиления материала сваи (в том числе и усиление оголовка) посредством применения в качестве обвязки поверх рабочей арматуры цельнорешетчатого металла [3] также не обеспечивает равнопрочности ствола и оголовка по всему объему. Кроме того, такое решение является трудоемким и металлоемким.

Целью изобретения является повышение ударной прочности оголовка и упрощение его изготовления.

Указанная цель достигается тем, что свая, включающая ствол с оголовком, в котором расположен спиральный элемент, снабжена оголовком, в котором спиральный элемент выполнен с зафиксированными концами в виде сетки с наибольшим размером ячеек а, составляющим а = (0,01 - 0,05)d, где d - наименьший размер стороны оголовка или его диаметра, и высотой h, равной h = (0,8-1,2)d, при этом шаг m между ветками спирали составляет m = (0,03-0,1)d. Кроме того, оголовок снабжен гребенчатыми распределительными элементами, расположенными по его диагонали и (или) параллельно его сторонам. При этом гребенчатые распределительные элементы жестко скреплены с рабочей арматурой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков, в расположении спирального элемента - он выполнен с зафиксированными концами.

Устройство отличается от прототипа также тем, что спиральный элемент выполнен в виде сетки с наибольшим размером ячеек а, составляющим a = (0,01 - 0,05)d, где d - наименьший размер стороны оголовка или его диаметр, высота равна h = (0,8-1,2)d, при этом шаг m между витками спирали составляет m = (0,03-0,1)d.

Кроме того, устройство отличается тем, что оголовок снабжен гребенчатыми распределительными значениями, расположенными по его диагоналям и (или) параллельно его сторонам и жестко скрепленными с рабочей арматурой.

Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями также показывает, что не известен в оголовке сваи спиральный элемент с зафиксированными концами, а также неизвестно применение в качестве спирального элемента в оголовке сваи сетки с указанными выше свойствами. Кроме того, в других технических решениях неизвестно применение гребенчатых распределительных элементов, расположенных по диагоналям оголовка и (или) параллельно его сторонам, а также - жесткое скрепление распределительного элемента с рабочей арматурой.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид сваи с оголовком, разрез; на фиг. 2 - сечение оголовка А-А на фиг. 1.

Устройство содержит ствол сваи 1, в верхней части которого расположен оголовок 2 сечением d и высотой, равной h = (0,8-1,2)d. Оголовок 2 снабжен спиральным элементом 3 в виде сетки с наибольшим размером ячеек а, составляющим а = (0,01-0,05)d, при этом шаг m между витками спирали составляет m = (0,03-0,1)d. Кроме того, оголовок 2 снабжен гребенчатым распределительным элементом 4, жестко скрепленным с рабочей (продольной) арматурой (5) и удерживающим витки спирали 3 один от другого на расстоянии шага m.

Предлагаемое устройство (свая 1 с оголовком 2) изготавливается, например, из железобетона, армоцемента или сталефибробетона, состав которых подбирается в зависимости от расчетных нагрузок. Спиральный элемент 3 оголовка 2 изготавливается из обычных частоячеистых тканых сеток, изготовленных из низкоуглеродистой проволоки общего назначения диаметром 0,6-1,8 мм с размером ячеек от 6 до 20 мм. Гребенчатый распределительный элемент 4 изготавливается, например, из обрезков арматуры диаметром 6-8 мм.

Формование сваи осуществляют следующим образом. В форму для изготовления сваи укладывают арматурный каркас, предварительно жестко закрепив эл. сваркой или вязальной проволокой на выпусках продольной арматуры 5 гребенчатые распределительные элементы 4 и установив с их помощью в проектное положение спиральный элемент 3. После этого ведется процесс формования. При этом для облегчения процесса проникновения бетонной смеси в пространство между витками спирального элемента 3 укладку бетонной смеси производят в направлении от пяты сваи к оголовку. В этом случае вибрируемая бетонная смесь в непосредственной близости от оголовка, не имея возможности растекаться в сторону пяты сваи, устремится в оголовок и эффективно заполнит его нижнюю и частично среднюю части. Остальная часть оголовка формуется более пластичным бетоном, притом размер фракций заполнителя должен быть меньше размера ячеек сетки 3. Кроме того, размер заполнителя фракций бетона ствола 1 сваи должен быть меньше шага m между витками спирали 3. Фиксирование концов и средней части спирального элемента 3 к гребенчатым распределительным устройствам 4 осуществляется вязальной проволокой. Кроме того наружный конец спирального элемента 3 крепится к одному из стержней продольной арматуры 5, огибаясь вокруг последнего, при этом на выпуски продольной арматуры надевают весь первый виток элемента 3. Такое фиксирование спирального элемента 3 исключает возможность выкола бетона с внешней стороны оголовка 2, а равномерность распределения витков спирали с помощью фиксирующих элементов 4 обеспечивает равнопрочность оголовка 2 по всему сечению и надежное восприятие им ударной нагрузки от свайного молота. Обоснование оптимальности соотношений размеров оголовка d и h сваи, размера ячеек "а" и шага витков спирального элемента "m".

Размер ячеек спирального элемента "а" находится в диапазоне значений a = (0,01-0,05)d, где d - наименьший размер стороны оголовка или его диаметра. Это обусловлено следующим обстоятельством. Согласно ГОСТ 3826-82^х существующие частоячеистые тканные сетки имеют ячейки следующих размеров: 6×6, 7×7, 8×8, 9×9, 10×10 и 12×12 мм. В связи с тем условием, что чем меньше сечение изготовляемых свай, тем меньше размер применяемого крупного заполнителя бетона и, наоборот, то для изготовления свай больших сечений используется бетон с более крупным заполнителем. В соответствии с этим целесообразно использовать в оголовках свай и существующие тканые сетки. Следовательно, в вышеприведенной формуле множитель, стоящий в скобках перед d (т.е. a/d), должен отражать это требование. Так для свай с поперечным сечением 150×150 и 200×200 см наиболее применимы значения множителя a/d = 0,03 и 0,04, что соответствует применимости тканой сетки с ячейками размером 6×6 мм. Для свай сечением 350×350 см применимы значения указанного множителя 0,0246 и 0,0286, что соответствует применимости сеток с ячейками 9×9 и 10×10 мм и т. д. Отмеченная аналитическая зависимость может быть выражена графически (на фиг. не показана), либо представлена в виде достаточно наглядной таблицы.

Величина шага m между витками спирали составляет m = (0,03-0,1)d, где d - наименьший размер стороны оголовка. Это обусловлено требованием свободного прохождения между витками спирали крупных фракций бетона, укладываемого в тело сваи. Именно такие соотношения (и даже несколько в меньшую сторону) принимаются для крупных фракций заполнителя при составлении той или иной марки бетона, идущего на формование сваи сечением d. Например, для сваи сечением 200×200 мм минимальный размер крупной фракции составит 200×0,036 = 6 мм (что может быть еще условно названо крупной фракцией). Максимальный же размер крупной фракции для наиболее часто применяемых свай максимального сечения 400×400 мм составит 400×0,1= 40 мм. Именно такие самые большие фракции применяются для изготовления свай. При этом уменьшение шага m за пределы рекомендуемого диапазона снижает проходимость крупного заполнителя в пространство между витками спирали, что ведет к уменьшению ударной прочности бетона оголовка сваи. Увеличение же шага m за пределы рекомендуемого диапазона приводит к ослаблению степени армирования оголовка спиральным элементом, а значит, и в этом случае уменьшается ударная стойкость оголовка.

Высота оголовка h находится в пределах h = (0,8-1,2)d вследствие того, что именно на этой длине от верхнего конца сваи (железобетонные или сталефибробетонные) подвержены повышенным напряжениям. Эти напряжения определяются по формуле
σ = , где Т - величина кинетической энергии удара молота, кгм;
Е - модуль упругости материала сваи, кг/см²;
а - сечение сваи, см;
l - расстояния от верхнего торца сваи в м.

Расчеты и проведенные по ним графические построения (на фиг. не показаны) показывают, что на более удаленных (чем на расстояние от 0,8 до 1,2d) от верхнего торца сваи участках, напряжения в материале сваи изменяются несущественно, стремясь асимптотически к некоторой постоянной величине. Следовательно, именно до указанных выше границ от верхнего торца сваи и целесообразно производить усиленное армирование, т.е. укреплять оголовок, и именно, как указано в предлагаемом нами решении с помощью тканой металлической сетки, размещенной спиралеобразно и с жестко зафиксированными концами.

Сущность: свая содержит спиральный элемент, выполненный с зафиксированными концами в виде сетки с наибольшим размером ячеек, составляющим от 0,01 до 0,05 от наименьшего сечения сваи, высотой от 0,8 до 1,2 сечения сваи и с шагом между витками спирали от 0,03 до 0,1 того же сечения сваи. При этом оголовок сваи может быть снабжен гребенчатыми распределительными элементами, расположенными по его диагонали и (или) параллельно его сторонам и жестко скрепленными с рабочей арматурой. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. СВАЯ, включающая ствол с оголовком, в котором расположен спиральный элемент, отличающаяся тем, что, с целью повышения ударной прочности оголовка и упрощения изготовления, спиральный элемент выполнен в виде сетки, концы которой зафиксированы относительно ствола, причем наибольший размер a ячеек сетки, высота h ее и расстояние m между витками определены зависимостями
a = (0,01 - 0,05)d;
h = (0,8 - 1,2)d;
m = (0,03 - 0,1)d,
где d - наибольший размер стороны оголовка или его диаметр. 2. Свая по п.1, отличающаяся тем, что оголовок снабжен гребенчатыми распределительными элементами, расположенными по его диагоналям и/или параллельно его сторонам. 3. Свая по п.2, отличающаяся тем, что распределительные элементы жестко скреплены с рабочей арматурой.