ВИНТОВАЯ СВАЯ Российский патент 2015 года по МПК E02D5/56 

Изобретение относится к конструктивным деталям в строительстве, а именно к винтовым сваям возведения фундаментов и опор, являясь эффективными конструкциями нулевого цикла зданий и сооружений в промышленно-гражданском строительстве, в том числе и в малоэтажном жилищном строительстве.

Известна одновитковая свая, содержащая ствол с наконечником, выполненным с конической и цилиндрической частями, к которому жестко прикреплена одновитковая лопасть (Железков В.Н. Винтовые сваи в энергетической и других отраслях строительства. Санкт-Петербург, «ПРАГМА», 2004 г., с.8-9).

Конструкция одновитковой лопастной сваи позволяет достаточно надежно закреплять ее преимущественно в плотном грунте без нарушения естественной структуры последнего и практически исключить земляные работы, не нарушая тем самым окружающую среду. Однако завинчивание одновитковых лопастных свай с учетом необходимых характеристик грунта требует значительных усилий для создания крутящего момента и поддержания необходимо точного вертикального погружения сваи с минимальным отклонением от центрирующей оси.

Попытки минимизировать указанные недостатки связаны с конструированием винтовых свай с многозаходными лопастями и выполнение конического наконечника с резцами, расположенными вдоль его образующих для разрушения образующегося грунтового ядра, что должно способствовать понижению крутящего момента (SU 1409727, 18.04.1986).

Известна также винтовая свая, представляющая собой вытянутое по длине тело вращения с наконечником в нижней части и на внешней поверхности которого смонтирован по длине тела винтовой шнек, при этом верхний конец указанного тела выполнен с элементами связи с устройством, обеспечивающим передачу крутящего момента свае и создания осевой нагрузки, указанное тело выполнено полым из металла с постоянным сечением по длине, а смонтированный на внешней поверхности винтовой шнек также выполнен металлическим постоянного сечения с заданными постоянными шагом и углом навивки (US 4405262, 20.09.1983).

Недостатком данной сваи является сложность ее конструкции, обусловленная тем, что свая выполнена составной и включает дополнительную секцию, предназначенную для окончательной подгонки сваи по высоте выступающей части после достижения проектной отметки.

При этом свая выполнена полой и вся нагрузка приходится только на стенки сваи. Так как параметры винтовой навивки (шаг, угол, высота винтового ребра) выбираются исходя из свойств грунта, то для каждого типа грунта сваю необходимо заранее изготавливать в заводских условиях. Однако в процессе устройства фундамента возникают ситуации, когда выясняется, что грунт на отдельных участках отличен от общего грунта зоны и для него требуется свая с иными параметрами навивки. В этом случае происходит временная задержка процесса формирования фундамента.

Следует отметить, что размерный ряд металлических винтовых свай, считая по наружному диаметру лопастей и допустимым вертикальным нагрузкам на сжатие, обычно не превышает 500 мм и с предельным диаметром трубчатого ствола порядка 200 мм, т.е. отношение диаметра ствола сваи к диаметру лопасти составляет не более 1/2,5. Сваи с большими пределами указанных размеров применяются уже как буронабивные и для их устройства в грунте требуется специальная техника.

Наиболее близким аналогом-прототипом настоящего изобретения является винтовая свая, содержащая металлический трубчатый ствол и соединенный с ним рабочий орган в виде сварного литого стального полого цилиндрического наконечника с наружной винтовой лопастью и торцевым зубчатым венцом. Нижний конец наконечника выполнен с наружной цилиндрической поверхностью диаметром, равным диаметру ствола или составляющим (1,02-1,05) диаметра ствола в пределах высоты зубчатого венца, при этом зубы последнего выполнены центрально-симметричной трапецеидальной формы с углом раскрытия зуба равным 45-120° (RU 114067 U1, 19.09.2011).

Известная свая обладает недостатками, свойственными большинству типов винтовых свай, такими как металлоемкость конструкции, трудоемкость изготовления торцевого зубчатого венца, высокие требования к качеству открытых сварных швов, обязательность антикоррозионной обработки поверхности сваи, а также необходимость применения специальных силовых механизмов для передачи значительных крутящих моментов на сваю при устройстве фундаментов в плотных грунтах. Помимо этого данная свая, имея неразвитые лопастные поверхности, не может обеспечить расчетное значение силы, удерживающей сваю от выпучивания и определяемой как несущую способность сваи на выдергивание (СП-50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений». М., 2004).

Задачей изобретения является разработка конструкции винтовой сваи, обладающей меньшей металлоемкостью и трудоемкостью изготовления рабочего органа, лучшей коррозионной устойчивостью, достаточной сопротивляемостью выдергивающим силам пучения грунта и пониженными значениями крутящего момента при завинчивании сваи по сравнению с известными образцами.

Поставленная задача решается тем, что в винтовой свае для возведения фундаментов, содержащей трубчатый ствол, соединенный с рабочим органом, имеющим режущие элементы и наконечник в форме усеченного обратного конуса, рабочий орган выполнен в виде цилиндрической торцевой фрезы из монолитного бетона с армирующим каркасом и режущими элементами в количестве двух диаметрально расположенных и встречно направленных пластин с передними режущими кромками, при этом пластины закреплены на армирующем каркасе под углом 35-40° к торцевой поверхности фрезы, при этом отношение ширины пластины к наружному диаметру фрезы составляет от 0,15 дл 0,2, а над пластинами в цилиндре фрезы выполнены сквозные каналы для выхода срезаемого грунта.

На фиг. 1 изображена винтовая свая, продольный разрез в варианте с забетонированным стволом сваи, сечение по А-О-Б на фиг. 3, развернуто на 90°;

на фиг. 2 - вид на каркас фрезы, аксонометрическая проекция;

на фиг. 3 - вид в плане на фрезу с трубчатым стволом на фиг. 1;

на фиг. 4 - фреза с трубчатым стволом, аксонометрическая проекция, вид сверху;

на фиг. 5 - фреза с трубчатым стволом, аксонометрическая проекция, вид снизу.

Винтовая свая содержит трубчатый ствол 1 с рабочим органом в виде монолитной из армированного бетона торцевой цилиндрической фрезы 2 с наконечником 3 в форме усеченного обратного конуса. Пространственный армирующий каркас фрезы выполнен сварным из стержней 4 и смонтирован соосно со стволом 1. К периферийной круговой арматуре 5 каркаса приварены два режущих элемента в форме пластин 6 и 7 с передними режущими кромками 8. Пластины расположены диаметрально и встречно направленно под углом 35-40° к торцевой поверхности 9 фрезы, при этом отношение ширины пластины к наружному диаметру фрезы составляет от 0,15 до 0,2 в интервале наружных диаметров фрезы от 500 до 1200 мм, что соответствует максимальным опорным площадям торцевой поверхности фрезы, исходя из расчетных величин вертикальных нагрузок на сваю.

Смонтированный пространственный каркас фрезы размещают в форме-опалубке (на чертежах условно не показана) и последнюю заполняют литым бетоном, при этом конструкция формы позволяет выполнить в бетоне сверху над пластинами открытые каналы 10 для выхода срезаемого грунта над фрезой.

При необходимости трубчатый ствол в варианте может быть усилен путем размещения в его полости вертикальных армирующих стержней и бетонирования полости, что повышает несущую способность сваи.

Винтовую сваю в грунт погружают следующим образом.

Сваю устанавливают и центрируют на рабочей площадке в лидерной скважине. Вращение сваи происходит путем передачи крутящего момента от полого трубчатого ствола 1 на монолитную бетонную фрезу 2 с режущими пластинами 6 и 7 и в совокупности с осевым усилием от собственного веса сваи происходит ее погружение в грунт до проектной отметки. Вращение сваи может производиться с применением специальной техники или кабестановых механизмов с ручным приводом.

Наконечник 3 обеспечивает расширение диаметра лидерной скважины в грунте в процессе погружения сваи. Это способствует уменьшению величины силы сцепления боковой цилиндрической поверхности фрезы с грунтом и соответственно снижает необходимый крутящий момент на вращаемом стволе. Заходная часть фрезы, образуемая двумя режущими элементами 6 и 7 с режущими кромками 8 и углом их наклона к торцевой поверхности 9 фрезы равным 35-40°, позволяет равномерно распределить напряжения по поперечному сечению последней в начале процесса ввинчивания сваи в грунт. По мере прохождения сваи в лидерной скважине встречно направленные режущие элементы 6 и 7 вращаемой фрезы производят круговое срезание грунта и непрерывное его перемещение по открытым каналам 10 из зоны резания в разрыхленный грунт пространства над фрезой. По достижению проектной отметки погружение сваи прекращают и производят уплотнение разработанного грунта вокруг ствола на всю его высоту до нулевой отметки на поверхности рабочей площадки.

Винтовые сваи предложенной конструкции можно эффективно применять в несвязанных и глинистых грунтах пластичной консистенции, также целесообразно погружать до грунтов, обладающих повышенной несущей способностью (глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции, плотные песчаные грунты).

Использование винтовой сваи, выполненной согласно изобретению и обладающей улучшенными строительно-техническими свойствами, позволяет не менее, чем в полтора раза увеличить ее несущую способность на знакопеременные осевые нагрузки за счет увеличения площади опирания торцевой поверхности фрезы. Кроме того, улучшается работа сваи при действующих горизонтальных нагрузках.

Изобретение относится к винтовым сваям для возведения фундаментов и опор и направлено на разработку винтовой сваи с улучшенными конструктивно-строительными характеристиками. Поставленная задача решена тем, что в винтовой свае, содержащей трубчатый ствол, соединенный с рабочим органом, имеющим режущие элементы и наконечник в форме усеченного обратного конуса, рабочий орган выполнен в виде цилиндрической торцевой фрезы из монолитного бетона с армирующим каркасом и режущими элементами в количестве двух диаметрально расположенных и встречно направленных пластин с передними режущими кромками, пластины закреплены на армирующем каркасе под углом 35-40° к торцевой поверхности фрезы, при этом отношение ширины пластины к наружному диаметру фрезы составляет от 0,15 до 0,2, а над пластинами в цилиндре фрезы выполнены сквозные каналы для выхода срезаемого грунта. 5 ил.

Винтовая свая для возведения фундаментов, содержащая трубчатый ствол, соединенный с рабочим органом, имеющим режущие элементы и наконечник в форме усеченного обратного конуса, отличающаяся тем, что рабочий орган выполнен в виде цилиндрической торцевой фрезы из монолитного бетона с армирующим каркасом и режущими элементами в количестве двух диаметрально расположенных и встречно направленных пластин с передними режущими кромками, пластины закреплены на армирующем каркасе под углом 35-40° к торцевой поверхности фрезы, при этом отношение ширины пластины к наружному диаметру фрезы составляет от 0,15 до 0,2, а над пластинами в цилиндре фрезы выполнены сквозные каналы для выхода срезаемого грунта.