Винтовая свая Советский патент 1983 года по МПК E02D5/56 

Изобретение относится к строител ству, в частности к фундаментострое нию, и может быть использовано в ка честве анкеров, погружаемых в грунт забивкой, виброзабивкой или вдавливанием, для закрепления конструкций к грунту, например опор трубопроводов, мостов, линий электропередач и связи, пневмонадувных сооружений работающих на знакопеременные нагру ки, проушвиленном и гражданском стро тельстве. известна винтовая свая, предназначенная для работы на знакоперемен ные нагрузки и, погружаемая в грунт завинчиванием, содержащая полый ствол с винтовой лопастью 1. Недостатком известной винтовой сваи является необходимость применения для погружения в грун.т специальных мощных завинчиваняцих установок, обладгиощих значительными крутящими моментами, которые тяжелы и громоздки, что приводит к снижению эффективности погружения в грунт. Наиболее близкой кпредлагаемой является винтовая свая, включающая ствол с винтовой лопастью и гайку с винтовой нарезкой с углом подъема витков об /wrciQ-f , где f - коэффициент трения материала сваи и гай.ки 2 . Недостатком известной винтовой сваи являются низкие несущая способ ность и надежность работы, обусловливаемые тем, что при приложении осевых усилий не исключена возможность проворачивания сваи, так как лопасть имеет большой угол подъема витков oi., необходимый для обеспечения.возможности погружения сваи забивкой. Изготовление винтовой лопасти многооборотной по всей длине сваи (только в этом случае возможно погружение сваи на проектную отметку) определяет повышение энергоемкости погружения сваи в грунт, так как увеличивается работа крутящего момента на преодоление касательных сил сцепления, трения и реактивного отпора грунта по лопасти, усложняется конструкция сваи так как изготовление многооборотной лопасти представляет значительную трудность, повьииается материалоемкость без существенного повышения, при этом несущей способности. Кром .того, изготовление гайки с винтовой нарезкой с углом подъема витков не всегда обеспечивает рациональный режим погружения сваи в грунт (с точки зрения энергозатр а при возможно только погр жение путем продавливания сваей грунтового массива (без вращения), так как в эжом случае устраняется лишь трение грунта о винтовую лопасть, а для обеспечения вращения необходимо, помимо этого, преодолеть реактивный отпор грунта, касательные силы сцепления по поверхности лопасти, сопротивление сил резания грунта лопастью, касательные силы сцепления грунта по боковой поверхности ствола, что снижает эффективность погружения сваи в грунт. Целью изобретения является повышение несущей способности и снижение энергоемкости погружения в грунт. Поставленная цель достигается тем, что в винтовой свае, включающей ствол с винтовой лопастью и гайку с винтовой нарезкой, ствол выполнен полым и снабжен верхней торцовой крышкой и расположенной в полости ствола диафрагмой, имеющими соос- . ные сквозные отверстия, и размещенным в полости ствола, пропущенным через сквозные отверстия крышки и диафрагуи и выступающим за пределы Iкрышки винтовым стержнем с углом подъема витков гайки, и направляю;щим упором на нижнем конце, выполненным в виде цилиндра с ножевыми ребрами, устаТГовленными под углом к образующей цилиндра и скользящими по внутренней поверхности ствола, гайка снабжена вертикальными радиально расположенными на боковой ее поверхности выступами и закрепленныNM на ее верхней грани роликами и установлена в полости ствола между диафрагмой и крышкой с возможностью ; осевого перемещения и вращения в iкрайнем верхнем положении, а ствол |На внутренней поверхности над диаф- рагмой снабжен жестко прикрепленными к нему вертикальными шпонками, взаимодействующими с радиальными выступами гайки при ее крайнем нижнем положении. На фиг. 1 изображен общий вид описываемой конструкции в момент забивки сваи, разреЭ; на фиг. 2 - то же, в процессе возвращения винта в исходное положение, разрез на фиг.Зраэрез А-А на фиг. 1. Винтовая свая содержит полый ствол 1 с винтовой лопастью 2 и коническим наконечником 3. Ствол 1 снабжен закрепленными в верхней части полости 4 верхней торцовой крышкой 5 и диафрагмой 6 со сквозными соосными отверстиями 7 и шпонками 8, опертыми на диафрагму 6 и жестко соединенными со стволом 1. В полости 4 ствола 1 вмонтирована гайка 9 с возможностью осевого перемещения между верхней торцовой крышкой 5 и диафрагмой 6 вращения в крайнем верхнем положении (фиг. 2)относительно ствола 1. Гайка 9 выполнена цилиндрической с радиальными выступами 10,входящими в зацепление в крайнем нижнем положенки гайки 9 (фиг. 1, 3) со шпонка ми 8. Через гайку 9 я отверстия 7 в верхней торцовой крышке 5 и диафраг ме 6 пропущен винтовой стержень 11, выполненный по всей длине с винтово нарезкой, направление которой проти воположно направлению спирали лопас ти 2, и выходящий верхним концом за пределы ствола 1 (фиг, 1, 2), Нижний конец винтового стержня 11 оборудован направляющим упором 12 в ви де цилиндра с ножевыми ребрами 13, установленными под углом /j к образующей цилиндра, а верхний - огловком 14, закрепленным с возможностью . переме1цения вдоль оси связи к ыапра ляющим копровой установки (на черте же не показана). На верхней грани гайки 9 смонтированы ролики 15. : Погружение сваи в грунт 16 может осуществляться аабивкой,.виброзабивкой илк вдавливанием. Перед на чалом забивки винтовой стержень 11 находится ц крайнем верхнем положении (фиг. 2), а гайка 9 под действием веса винтового стержня 11 и молота (на чертеже не показан) опира-ется на диафрагму 6 и входит в зацепление радиальными выступами 10 со шпонками 8 (фиг. 1, 3). При нанесении удара по оголовку 14 происходит перемещение винтового стержня 11 вниз. Проходя через гайку 9, винтовой стержень 11 осуществляет ее поворот в направлении, противоположном направлению винтовой нарезки гайки 9 и винтового стержня 11, при зтом развиваемый крутящий момент передается через радиальные выступы 10и шпонки 8 стволу 1, и происходит завинчивание сваи в грунт 16. Реактивный крутящий момент, возникающий при прохождении винтового стержня 11через гайку 9 и стремящийся повернуть винтовой стержень 11, передается через оголовок 14 и направлянмциё копровой установки (на чертеже не показано). Точность погружения сваи в грунт 16 обеспечивается перемещением оголовка 14 по направляющим копровой установки (на чертеже ие показана) и фиксацией положения ствола 1 .относительно винтового стержня 11 посредством направлякядего упора 12 и гайки.9, через которую пропущен винтовой стержень 11. Снабжение направляющего упора 12 ножевыми ребрами 13 позволяет в процессе погружения сваи уменьшить силы трения между стволом 1 и упором 12, при чем для предохранения ребер 13 от . смятия уголр агЛуШ где а - шаг винтовой нарезки винтового стержня 11; Rg - внутренний радиус ствола 1. Для повышения эффективности процесса погружения сваи в грунт 16 винтовую нарезку гайки 9 и стержня 11 необходимо выполни-ТЬ.с УГЛОМ подъема витков d :j )Ргрр , где Мц-р- кру-. тящий момент, необходимый для преодоления сопротивления касательных сил сцепления грунта 16 по боковой поверхности ствола 1 и лопасти 2, сил трения и реактивного отпора грунта 16 по лопасти 2, сил резания грунта 16 лопастью 2; Р - осевое усилие забивки, виброзабивки или вдавливания; средний радиус виитового стержня 11. Забивка сваи производится до момента касания направляющим упором 12 верхней грани наконечника 3, после чего стержень -11 поднимается вверх (фиг. 2), при этом гайка выходит из зацепления со шпонками 8, упирается роликами 15 в верхнюю торцевую крышку 5 и вращается, свободно пропуская через себя стержень 11. Подъем стержня 11 осуществляется до опирания направляющего упора 12 в диафрагму 6, после чего процесс забивки сваи повторяется. Количество циклов забивки сваи обусловливается соотношением шага винтовой нарезки стержня 11 и шага допасти 2, а также видом грунта 16. С целью, обеспечения возможности N«oroкратного использования стержня 11 гайки 9, ствол 1 ниже диафрагмы 6 разрезается на две части и их соединение между собой выполняется разъеьшым (на чертежах не показано) . Предлагаемая винтовая свая исключает применение мощных завинчивакяцих установок,:требует приложения значительно меньших осевых усилий, что облегчает процесс погружения свай в грунт, а также позволяет повысить несущую способность и надежность работы путрм уменьшения угла подъема спирали лопасти, что предотвращает проворачивание сваи при приложении к ней осевых вдавливающих или выдергивающих усилий. Обеспечение возможности изготовления винтовой лопасти однооборотной позволяет снизить энергоемкость погружения сваи за-счет уменьшения работы на преодоление касательных сил сцепления, трения, реактивного отпора грунта по лопасти упростить конструкцию, снизить ее материалоемкость, так как изготовление многооборотной лопасти представляет значительные трудности и требует значительных материальных затрат. Кроме того, изготовление винтовой нарезки стержня и гайки с углом подъема витков о /игс((+Л,р) обеспечивает завинчивание сваи в грунтовый массив, а не ее продавливаиие, тем caiwEJM снижая энергозатраты на погружение, что позволяет повысить эффективность погружения винтовой сваи в грунт. Предлагаемая конструкция может быть использована в слабых, водонасыщенных и пластичномерзлых грунтах.

ВИНТОВАЯ СВАЯ, включаюцая ствол с винтовой лопастью и гайку с винтовскй нарезкой, отличающ a я с я тем, что, с целью повышения несущей способности и снижения энергоемкости погружения в грунт, ствол выполнен полым и снабжен верхней торцовой крышкой и расположенной в полости ствола диафрагмой, имеющими соосные сквозные отверстия,. .....J и размещенным в полости ствола, пропущенным через сквозные отверстия крышки и диафрагмы и выступающим за пределы крьшки винтовым стержнем с углом подъема витков равным углу подъема витков гайки и направляющим упором на нижнем конце, /выполненным в виде цилиндра с ножевыми ребрами, установленными под углом к образующей цилиндра и скользящими по внутренней поверхности ствола, гайка снабжена вертикальными радиально расположенными на боковой се поверхности выступами и закрепленными на .ее верхней грани роликами, и установлена в полости ствола между диафраг§ мой и крышкой с возможностью осевого перемещения и вращения в крайнем верхнем положении, a ствол на внутренней поверхности над дифрагмой снабжен жестко прикрепленными к нему вертикальными шпонками, взаимодействующими с радиальными выступами гайки при ее крайнем нижнем положе. НИИ. ел