Способ производства сваи вдавливанием
Полезная модель относится к строительству, в частности, к способам возведения свайных оснований и фундаментов, преимущественно в слабых грунтах, и может быть использована в промышленном и гражданском строительстве как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении фундаментов старых, поврежденных или требующих реконструкции.
Использование в строительстве буровинтовых свай или винтовых анкеров широко известно. Различные варианты конструкций винтовых анкеров описаны в книге В.Н. Железкова «Винтовые сваи в энергетической и других отраслях строительства». ПРАГМА, СПб, 2004г. На стр. 9 отмечены преимущества анкерных свай. Винтовые сваи содержат ствол с торцом конической формы, на котором закреплены винтовые лопасти (одна или две). Винтовая свая завинчивается в лидерную скважину, диаметр которой равен диаметру ствола лопасти. При завинчивании винтовых свай обеспечивается наибольшая их несущая способность, поскольку нарушение естественной структуры грунта в данном случае незначительно, а также снижается величина крутящего момента из-за отсутствия сопротивления вдавливанию конца сваи в грунт.
Известна также винтовая свая по патенту JPH 102 80403, 1998г., которая выполнена в виде трубы, снабженной лопатками, расположенными на её стволе попарно диаметрально-противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола. Постоянный наклон лопаток и винтовой лопасти в свае, предложенной в патенте, обеспечивает легкое закручивание сваи формирующейся спиралью из лопаток.
Недостатком данной конструкции является слабое укрепление стенок скважины вокруг ствола сваи. Несмотря на то, что при ввинчивании трубы в грунт стенки грунтового отверстия уплотняются, их несущая способность, особенно в слабонесущих грунтах или грунтах обводненных, недостаточна для обеспечения позиционной устойчивости бетонного столба. Возможна деформация бетонного столба в продольном направлении за счет сдвиговых смещений пластов слабонесущего грунта, что негативно сказывается на несущей способности самой сваи.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции сваи можно считать решение по патенту CN 201826304, 2011г., где предложена буровинтовая свая в виде ствола с конусным наконечником, снабженная винтовой лопастью со стороны нижнего торца и лопатками разной ширины, которые расположены на стволе попарно диаметрально-противоположно с углом наклона к горизонтальной плоскости, равным углу наклона лопасти.
Такая конструкция также обеспечивает легкое закручивание сваи формирующейся спиралью из лопаток, но не решает задачу уплотнения грунта вокруг ствола.
Задачей предлагаемого решения является повышение эксплуатационной надежности сваи и несущей способности сваи за счет формирования вокруг ствола надёжной защитной рубашки.
Для решения поставленной задачи предложены изменения в конструкции сваи.
В предлагаемой буровинтовой свае, которая выполнена в виде ствола с конусным наконечником и снабжена винтовой лопастью со стороны нижнего торца и лопатками разной ширины, расположенными на стволе попарно диаметрально-противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости, в отличие от прототипа, лопатки расположены на стволе с шагом, равным шагу винтовой лопасти, а наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом — α, обратным углу наклона винтовой лопасти — β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки — φ3.
При этом лопатки на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола
Предложенные конструктивные отличия обеспечивают другой эффект при работе заявленной сваи. При закручивании сваи в грунт реакция грунта на винтовую лопасть — R2 и лопатки — R1 противоположна по направлению, так как угол наклона лопаток — α противоположен углу наклона винтовой лопасти — β. Благодаря этому при вращении сваи за счет винтовой лопасти свая врезается в грунт и за счет вертикальной составляющей от R1 погружается в грунт. При этом лопатки – с другим углом наклона — α принудительно задавливают сухую смесь вдоль ствола за счет реакции лопатки при вращении (фиг. 1, 2, 3). Таким образом, заявляемые лопатки не способствуют легкому закручиванию свай в грунт, а, наоборот, берут на себя часть осевого усилия буровой. При погружении сваи в массив грунта вращением винтового наконечника происходит затягивание ранее засыпанного в скважину цемента вокруг ствола сваи, за счет которого и формируется защитная рубашка вокруг ствола. При этом за счет лопаток большего размера в верхней части ствола создается дополнительное давление на сухую цементно-песчаную смесь, засыпаемую в скважину в процессе закручивания сваи, которое передается на забой и стенки скважины. В результате при достижении сваей проектной глубины вокруг ствола сваи от винтовой лопасти до середины образуется рубашка из цементо-грунта, а выше из цементно-песчаной смеси, предохраняющая ствол от коррозии причем на уровне забоя лидерной скважины формируется уширение из вдавленного лопатками в грунт цементно-песчаного раствора. Это позволяет значительно повысить несущую способность сваи, а также сократить длину армирующего элемента — только в верхней части сваи — для соединения с ростверком, т.к. защищённый металл ствола сваи является её надежным армированием.
За счет разности в ширине лопаток формируется уширение скважины, чем больше разница между шириной верхних и нижних лопаток, тем больше площадь уширения и выше несущая способность по грунту.
Предлагаемая свая и способ ее установки поясняются рисунками, где показаны:
Фиг. 1 – конструкция сваи,
Фиг. 2 – поперечный разрез сваи по А-А,
Фиг. 3 — поперечный разрез сваи по Б-Б,
Фиг. 4 — 8 – последовательность операций при установке сваи.
Предлагаемая буровинтовая свая (фиг. 1-3) содержит ствол 1, на нижнем торце которого расположен конусный наконечник 2 с винтовой лопастью 3. , а на верхнем торце выполнен хвостовик 4. На поверхности ствола имеются лопатки 5 и 6, которые размещены попарно диаметрально противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола и с шагом, равным шагу винтовой лопасти. При этом наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом — α, обратным углу наклона винтовой лопасти — β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки — φ3.
Кроме того лопатки 5 на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, лопатки 6 выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина каждой лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола.
Установка предлагаемой сваи в скважину осуществляется следующим образом.
Сначала производится лидерное бурение скважины, например, шнековым буром 7 (фиг. 4), диаметр которого равен диаметру винтового наконечника сваи, таким образом, диаметр лидерной скважины dскв больше диаметра ствола dств и равен диаметру винтовой лопасти сваи. Лидерное бурение производят на глубину, не менее половины длины сваи. За счет лидерного бурения верхнего слоя грунта, включая техногенный слой, представленный валунами, строительным мусором и т.п., обеспечивается точность погружения сваи с минимальным отклонением от оси в плане.
Далее в лидерную скважину 8 производят засыпку цемента 9 и опускают в скважину сваю (фиг. 5). Сваю закручивают в грунт, и одновременно сверху в зазор между стволом сваи и стенками скважины засыпают сухую цементно-песчаную смесь 10 (фиг. 6).
При вращении винтового наконечника и сваи с лопатками за счет лопаток 5, расположенных на нижней части ствола, происходит затягивание вниз ранее засыпанного в скважину цемента с образованием цементно-грунтовой смеси. Эта смесь формируется вокруг ствола сваи и образует после твердения смеси защитную рубашку 11, предохраняющую ствол от коррозии. Кроме того, это повышает несущую способность сваи и в совокупности улучшает эксплуатационные характеристики сваи.
Одновременно за счет лопаток 6 большего размера в верхней части ствола создается дополнительное давление на сухую цементно-песчаную смесь 10, засыпаемую в скважину в процессе закручивания сваи, которое передается на забой и стенки скважины (фиг. 7). В результате при достижении сваей проектной глубины вокруг ствола сваи от винтовой лопасти до середины образуется рубашка из цементо-грунта 11, а выше из цементно-песчаной смеси, предохраняющая ствол от коррозии, причем на уровне забоя лидерной скважины формируется уширение 12 из вдавленного лопатками в грунт цементно-песчаного раствора. Это позволяет повысить несущую способность сваи, а также сократить длину армирующего элемента 13 — только в верхней части сваи для соединения с ростверком (фиг. 8), т.к. защищенный металл ствола сваи является её надёжным армированием. Далее производится армирование головы сваи — 13 и закачка бетона 14 в ствол сваи.
Лопатки имеют различную ширину в верхней и нижней частях, в верхней части они в 2 раза шире, т.к. обеспечивают уплотнение цементно-песчаной смеси и формирование уширения на забое скважины, в нижней части они обеспечивают цементацию контактного слоя ствола сваи с грунтом, поэтому они в 2 раза уже, за счет этой разности и формируется уширение скважины, чем больше разница между шириной верхних и нижних лопаток тем больше площадь уширения и выше несущая способность по грунту. Как показала практика, именно предлагаемое в заявке соотношение размеров лопаток в верхней и нижней частях ствола обеспечивает эффективность решения заданной задачи.
Таким образом, предлагаемая конструкция сваи позволяет улучшить эксплуатационные характеристики сваи: повышение надежности и несущей способности сваи на вдавливающую вертикальную нагрузку в 1.5-2.0 раза. Повышается также несущая способность сваи на действие горизонтальной нагрузки, т.к. площадь реактивного отпора грунта при горизонтальной нагрузке возрастает пропорционально увеличению диаметра с dств до dскв.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Р Е Ф Е Р А Т
БУРОВИНТОВАЯ СВАЯ
Полезная модель относится к строительству, в частности, к способам возведения свайных оснований и фундаментов преимущественно в слабых грунтах, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении фундаментов старых, поврежденных или требующих реконструкции и несущей способности.
Задачей предлагаемого решения является повышение эксплуатационной надежности сваи и несущей способности сваи за счет формирования вокруг ствола надёжной защитной рубашки.
Предлагаемая буровинтовая свая (фиг. 1-3) содержит ствол 1, на нижнем торце которого расположен конусный наконечник 2 с винтовой лопастью 3. , а на верхнем торце выполнен хвостовик 4. На поверхности ствола имеются лопатки 5 и 6, которые размещены попарно диаметрально противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола и с шагом, равным шагу винтовой лопасти. При этом наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом — α, обратным углу наклона винтовой лопасти — β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки — φ3.
Кроме того, лопатки 5 на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, лопатки 6 выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина каждой лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола.
Использование в строительстве буровинтовых свай или винтовых анкеров широко известно. Различные варианты конструкций винтовых анкеров описаны в книге В.Н. Железкова «Винтовые сваи в энергетической и других отраслях строительства». ПРАГМА, СПб, 2004г. На стр. 9 отмечены преимущества анкерных свай. Винтовые сваи содержат ствол с торцом конической формы, на котором закреплены винтовые лопасти (одна или две). Винтовая свая завинчивается в лидерную скважину, диаметр которой равен диаметру ствола лопасти. При завинчивании винтовых свай обеспечивается наибольшая их несущая способность, поскольку нарушение естественной структуры грунта в данном случае незначительно, а также снижается величина крутящего момента из-за отсутствия сопротивления вдавливанию конца сваи в грунт.
Известна также винтовая свая по патенту JPH 102 80403, 1998г., которая выполнена в виде трубы, снабженной лопатками, расположенными на её стволе попарно диаметрально-противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола. Постоянный наклон лопаток и винтовой лопасти в свае, предложенной в патенте, обеспечивает легкое закручивание сваи формирующейся спиралью из лопаток.
Недостатком данной конструкции является слабое укрепление стенок скважины вокруг ствола сваи. Несмотря на то, что при ввинчивании трубы в грунт стенки грунтового отверстия уплотняются, их несущая способность, особенно в слабонесущих грунтах или грунтах обводненных, недостаточна для обеспечения позиционной устойчивости бетонного столба. Возможна деформация бетонного столба в продольном направлении за счет сдвиговых смещений пластов слабонесущего грунта, что негативно сказывается на несущей способности самой сваи.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции сваи можно считать решение по патенту CN 201826304, 2011г., где предложена буровинтовая свая в виде ствола с конусным наконечником, снабженная винтовой лопастью со стороны нижнего торца и лопатками разной ширины, которые расположены на стволе попарно диаметрально-противоположно с углом наклона к горизонтальной плоскости, равным углу наклона лопасти.
Такая конструкция также обеспечивает легкое закручивание сваи формирующейся спиралью из лопаток, но не решает задачу уплотнения грунта вокруг ствола.
Задачей предлагаемого решения является повышение эксплуатационной надежности сваи и несущей способности сваи за счет формирования вокруг ствола надёжной защитной рубашки.
Для решения поставленной задачи предложены изменения в конструкции сваи.
В предлагаемой буровинтовой свае, которая выполнена в виде ствола с конусным наконечником и снабжена винтовой лопастью со стороны нижнего торца и лопатками разной ширины, расположенными на стволе попарно диаметрально-противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости, в отличие от прототипа, лопатки расположены на стволе с шагом, равным шагу винтовой лопасти, а наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом — α, обратным углу наклона винтовой лопасти — β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки — φ3.
При этом лопатки на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола
Предложенные конструктивные отличия обеспечивают другой эффект при работе заявленной сваи. При закручивании сваи в грунт реакция грунта на винтовую лопасть — R2 и лопатки — R1 противоположна по направлению, так как угол наклона лопаток — α противоположен углу наклона винтовой лопасти — β. Благодаря этому при вращении сваи за счет винтовой лопасти свая врезается в грунт и за счет вертикальной составляющей от R1 погружается в грунт. При этом лопатки – с другим углом наклона — α принудительно задавливают сухую смесь вдоль ствола за счет реакции лопатки при вращении (фиг. 1, 2, 3). Таким образом, заявляемые лопатки не способствуют легкому закручиванию свай в грунт, а, наоборот, берут на себя часть осевого усилия буровой. При погружении сваи в массив грунта вращением винтового наконечника происходит затягивание ранее засыпанного в скважину цемента вокруг ствола сваи, за счет которого и формируется защитная рубашка вокруг ствола. При этом за счет лопаток большего размера в верхней части ствола создается дополнительное давление на сухую цементно-песчаную смесь, засыпаемую в скважину в процессе закручивания сваи, которое передается на забой и стенки скважины. В результате при достижении сваей проектной глубины вокруг ствола сваи от винтовой лопасти до середины образуется рубашка из цементо-грунта, а выше из цементно-песчаной смеси, предохраняющая ствол от коррозии причем на уровне забоя лидерной скважины формируется уширение из вдавленного лопатками в грунт цементно-песчаного раствора. Это позволяет значительно повысить несущую способность сваи, а также сократить длину армирующего элемента — только в верхней части сваи — для соединения с ростверком, т.к. защищённый металл ствола сваи является её надежным армированием.
За счет разности в ширине лопаток формируется уширение скважины, чем больше разница между шириной верхних и нижних лопаток, тем больше площадь уширения и выше несущая способность по грунту.
Предлагаемая свая и способ ее установки поясняются рисунками, где показаны:
Фиг. 1 – конструкция сваи,
Фиг. 2 – поперечный разрез сваи по А-А,
Фиг. 3 — поперечный разрез сваи по Б-Б,
Фиг. 4 — 8 – последовательность операций при установке сваи.
Предлагаемая буровинтовая свая (фиг. 1-3) содержит ствол 1, на нижнем торце которого расположен конусный наконечник 2 с винтовой лопастью 3. , а на верхнем торце выполнен хвостовик 4. На поверхности ствола имеются лопатки 5 и 6, которые размещены попарно диаметрально противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола и с шагом, равным шагу винтовой лопасти. При этом наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом — α, обратным углу наклона винтовой лопасти — β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки — φ3.
Кроме того лопатки 5 на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, лопатки 6 выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина каждой лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола.
Установка предлагаемой сваи в скважину осуществляется следующим образом.
Сначала производится лидерное бурение скважины, например, шнековым буром 7 (фиг. 4), диаметр которого равен диаметру винтового наконечника сваи, таким образом, диаметр лидерной скважины dскв больше диаметра ствола dств и равен диаметру винтовой лопасти сваи. Лидерное бурение производят на глубину, не менее половины длины сваи. За счет лидерного бурения верхнего слоя грунта, включая техногенный слой, представленный валунами, строительным мусором и т.п., обеспечивается точность погружения сваи с минимальным отклонением от оси в плане.
Далее в лидерную скважину 8 производят засыпку цемента 9 и опускают в скважину сваю (фиг. 5). Сваю закручивают в грунт, и одновременно сверху в зазор между стволом сваи и стенками скважины засыпают сухую цементно-песчаную смесь 10 (фиг. 6).
При вращении винтового наконечника и сваи с лопатками за счет лопаток 5, расположенных на нижней части ствола, происходит затягивание вниз ранее засыпанного в скважину цемента с образованием цементно-грунтовой смеси. Эта смесь формируется вокруг ствола сваи и образует после твердения смеси защитную рубашку 11, предохраняющую ствол от коррозии. Кроме того, это повышает несущую способность сваи и в совокупности улучшает эксплуатационные характеристики сваи.
Одновременно за счет лопаток 6 большего размера в верхней части ствола создается дополнительное давление на сухую цементно-песчаную смесь 10, засыпаемую в скважину в процессе закручивания сваи, которое передается на забой и стенки скважины (фиг. 7). В результате при достижении сваей проектной глубины вокруг ствола сваи от винтовой лопасти до середины образуется рубашка из цементо-грунта 11, а выше из цементно-песчаной смеси, предохраняющая ствол от коррозии, причем на уровне забоя лидерной скважины формируется уширение 12 из вдавленного лопатками в грунт цементно-песчаного раствора. Это позволяет повысить несущую способность сваи, а также сократить длину армирующего элемента 13 — только в верхней части сваи для соединения с ростверком (фиг. 8), т.к. защищенный металл ствола сваи является её надёжным армированием. Далее производится армирование головы сваи — 13 и закачка бетона 14 в ствол сваи.
Лопатки имеют различную ширину в верхней и нижней частях, в верхней части они в 2 раза шире, т.к. обеспечивают уплотнение цементно-песчаной смеси и формирование уширения на забое скважины, в нижней части они обеспечивают цементацию контактного слоя ствола сваи с грунтом, поэтому они в 2 раза уже, за счет этой разности и формируется уширение скважины, чем больше разница между шириной верхних и нижних лопаток тем больше площадь уширения и выше несущая способность по грунту. Как показала практика, именно предлагаемое в заявке соотношение размеров лопаток в верхней и нижней частях ствола обеспечивает эффективность решения заданной задачи.
Таким образом, предлагаемая конструкция сваи позволяет улучшить эксплуатационные характеристики сваи: повышение надежности и несущей способности сваи на вдавливающую вертикальную нагрузку в 1.5-2.0 раза. Повышается также несущая способность сваи на действие горизонтальной нагрузки, т.к. площадь реактивного отпора грунта при горизонтальной нагрузке возрастает пропорционально увеличению диаметра с dств до dскв.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
- Буровинтовая свая в виде ствола с конусным наконечником, снабженная винтовой лопастью со стороны нижнего торца и лопатками разной ширины, расположенными на стволе попарно диаметрально-противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола, отличающаяся тем, что лопатки расположены на стволе с шагом, равным шагу винтовой лопасти, а наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом — α, обратным углу наклона винтовой лопасти — β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки — φ3.
- Буровинтовая свая по п. 1, отличающаяся тем, что лопатки на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола.
Р Е Ф Е Р А Т
БУРОВИНТОВАЯ СВАЯ
Полезная модель относится к строительству, в частности, к способам возведения свайных оснований и фундаментов преимущественно в слабых грунтах, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении фундаментов старых, поврежденных или требующих реконструкции и несущей способности.
Задачей предлагаемого решения является повышение эксплуатационной надежности сваи и несущей способности сваи за счет формирования вокруг ствола надёжной защитной рубашки.
Предлагаемая буровинтовая свая (фиг. 1-3) содержит ствол 1, на нижнем торце которого расположен конусный наконечник 2 с винтовой лопастью 3. , а на верхнем торце выполнен хвостовик 4. На поверхности ствола имеются лопатки 5 и 6, которые размещены попарно диаметрально противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола и с шагом, равным шагу винтовой лопасти. При этом наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом — α, обратным углу наклона винтовой лопасти — β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки — φ3.
Кроме того, лопатки 5 на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, лопатки 6 выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина каждой лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола.
МКИ: Е02 D5/56; E02D7/22