Свая
PILE

Изобретение относится к области строительства, а конкретно - к конструкциям забивных свай с уширениями.
В ряде случаев свайные фундаменты, воспиринимаютие выдергивающие нагрузки, например, при строительстве ЛЭП, радиоантенн, башен, анкерных технологических сооружений / см. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Учеб. пособие для строительных вузов, С.В. Беленький и др. - М.; Высш. школа, 1983, стр. 123 [1]/. Кроме того, распространено сооружение свайных фундаментов в зонах слабых грунтов: или, торфа, заторфованных грунтов, глины и суглинков текучепластической консистенции и т.п. / см. [I], стр. 133/. В этих случаях необходимо искусственно повышать несущую способность свай по грунту основания. С этой целью применяют специальные конструкции свай: сваи с опорным уширением, самораскрывающиеся козловые сваи, веерные сваи, булавовидные сваи и т.д. / см. Т.М. Штоль и др. Технология возведения подземной части зданий и сооружений. Учебн. пособие для вузов. Спец. “Промышл. и гражд. с-во“ - М.: Стройиздат, 1990, стр. 143-146, 156-158 [2]/.
Недостатками всех указанных конструкций является их сложность, трудоемкость процесса забивки, узкие области применения, а также ограниченное повышение несущей способности свай.
Известны конструкции свай с уширениями, основанные на использовании обычных свай с применением специальных расширителей в нижней части.
Например, известны сваи с устройством для расширения площади опоры, включающие прикрепленные к свае накладки и расширитель с фиксатором, прижатый к свае-оболочке при ее погружении, и раскрывающийся только после ее погружения на необходимую глубину по сигналу сверху / см. Гмошинский В.Р. Индустриальные методы возведения свайных фундаментов. Обзор иностранных изобретений. М., 1965, с. 16-17, фиг. 5 [3] /.
Известны также сваи, включающие ствол с нишами на разных уровнях с размещенными в них выдвижными элементами, и приспособление для их выдвижения / см. Экспресс-информация "Транспортное строительство за рубежом", №1, M., 1973, c. 23, рис. 13 [4]/; а.с. СССР по заявке №253003/29-33, кл. E02D 5/54, 18.10.77 [5] / причем, выдвижные элементы могут быть обазованы, например, клиньями / см. а.с. СССР №379738, кл. E02D 5/54, 1971 [6] /, либо трубчатым овальным поперечным сечением, расположенными в выполненной по винтовой линии нише /см. а.с. СССР №746038, кл. E02D 5/54, 1978 [7]/.
Недостатками всех известных устройств является сложность как механизмов управления расширителями сигналами сверху /применение специальных электромеханических, гидравлических, пневматических и т.п. силовых устройств/, так и трудоемкость с самого процесса управления /например, выдвижения без перекосов и заклинивания выдвижных элементов/, значительное дополнительное сопротивление при погружении свай в грунт, недостаточная эффективность повышения несущей способности свай.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является свая, содержащая ствол с выполненными в нем на разных уровнях глухими поперечными нишами, в каждой из которые свободно размещен соответствующий выдвижной элемент с зазором относительно торца ниши, и приспособления для выдвижения выдвижных элементов, каждое из которых выполнено в виде размещенных в зазоре емкостей, заполненных химическими веществами, образующими при взаимодействии между собой газ / см. а.с. СССР №703624, кл. E02D 5/54, 1977 [8] /, и принятая за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются предельная сложность и низкая технологичность как самой конструкции, так и процесса ее работы, состоящего из многих стадий /операции/: сначала разбития стеклянной капсулы со щелочью под действием инерционных ударных сил, потом растворение щелочью коллоидной оболочки с алюминиевой пудрой, потом осуществление химической реакции взаимодействия этих двух веществ с образованием газа, потом осуществление давления газом на выдвижные элементы, потом сбрасывание излишков газа при заданной величине уширения, и, как следствие - низкая надежность за счет большой вероятности несрабатывания хотя быв одной из стадий процесса и значительная трудоемкость.
Сущность изобретения заключается в создании конструкции забивной сваи с механизмом ее уширения, после забивки обеспечивающим предельно простое выдвижение ее элементов по сигналу сверху практически автоматически без использования сложных электромеханических, гидравлических или пневматических силовых исполнительных механизмов и осуществления последовательности химических процессов с помощью элементов с особыми физическими свойствами.
Технический результат - упрощение конструкции сваи и повышение ее технологичности, снижение трудоемкости процесса забивки сваи и повышение его надежности.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной свае, включающей ствол с выполненными в нем на разных уровнях поперечными нишами, в каждой из которых свободно размещен выдвижной элемент с зазором относительно торца ниши, и приспособление для выдвижения данного выдвижного элемента, установленное в соответствующем зазоре, особенность заключается в том, что приспособления для выдвижения каждого из выдвижных элементов выполнено в виде винтовой цилиндрической пружины сжатия, изготовленной из сплава NiTi с эффектом термомеханической памяти формы, характеризующегося релейным срабатыванием с удлинением пружины при повышении ее температуры до заданного порогового значения, в стволе сваи выполнено осевое глухое отверстие, обеспечивающее сообщение полостей всех вышеуказанных зазоров с верхом сваи, при этом все выдвижные элементы снабжены фиксирующими защелками, а все пружины последовательно электрически соединены между собой и подключены с помощью проходящих через осевое отверстие гибких проводов к установленному сверху сваи источнику электрических сигналов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично на фиг. 1 и фиг. 2  изображены продольные осевые разрезы предлагаемой сваи, соответственно, до и после срабатывания пружин с выдвижными элементами.
Свая состоит из отвода 1, в котором на различных горизонтальных уровнях выполнены поперечные ниши 2. В каждой из ниш 2 свободно размещен соответствующий выдвижной элемент 3 с зазором 4 относительно торца 5 ниши 2. Для выдвижения каждого элемента 3 свая снабжена специальным приспособлением, выполненным в виде установленной в соответствующем зазоре 4 винтовой цилиндрической пружины сжатия 6, прикрепленной / припаянной / своими концами к торцу выдвижного элемента 3 и торцу 5 ниши 2. При этом пружины 6 изготовлены из сплава нитинол NiTi с эффектом термомеханической памяти формы, относящегося к классу интерметаллических соединений и характеризующегося релейным срабатыванием с удлинением пружины 6 при повышении ее температуры до заданного порогового значения / см. К. Уорден. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение, М., Техносфера, 2006, стр. 94-116 [9] / .В стволе I сваи выполнено осевое глухое отверстие 7, обеспечивающее сообщение полостей всех вышеуказанных зазоров 4 посредством проделанных в торцах 5 ниш 2 отверстий 8 с верхней поверхностью сваи. Каждый выдвижной элемент 3 снабжен фиксирующей защелкой своего выдвинутого из ствола 1 сваи положения после срабатывания, состоящей из подпружиненного штыря 9, введенного заподлицо в тело выдвижного элемента 3 до срабатывания пружины 6, и глухой выемки 10 в теле ствола 1 для захода штыря 9 после срабатывания пружины 6. При этом все пружины 6 последовательно электрически соединены между собой с помощью гибких проводов 11, подпаянных к концам пружин 6 и протянутых через отверстие 8 и 7 на верх сваи с подключением на поверхности источнику электрических сигналов 12. Использование для изготовления пружин 6 с термомеханической памятью формы именно сплава NiTi объясняется его предельно большим восстанавливающим усилием примерно в 100 раз белее высоким, чем у биметаллических пластин, отработанностью процесса производства из данного сплава винтовых цилиндрических пружин, большой величиной восстанавливаемых деформаций, невысокой температурой фазового перехода, то есть порогового значения температуры срабатывания /от -200 до +100°С/, невысокой электрической проводимостью, обеспечивающей изменение формы при нагревании путем пропускания электрического тока через пружины /см. [9], стр. 102 и стр. 108/. Все эти качества сплава NiTi чрезвычайно удачно подходят для предлагаемого устройства, где срабатывающие пружины работают в качестве прямого силового привода, то есть должны силовым воздействием вводить выдвижные элементы 3 в рыхлый грунт, где выбрано пороговое значение температуры нагревания пружин порядка +80-90°С до такой температуры пружины 6, с одной стороны, легко и быстро нагреваются, а с другой стороны - сама по себе такая температура без искусственного нагрева в почве не возникает, что предотвращает случайное срабатывание устройства.
Работа предлагаемого устройства, то есть образование уширения в свае производится следующим образом.
После забивания находящейся в исходном состоянии /см. фиг. 1/ сваи в рыхлый грунт на заданную глубину в пружины 6 подают от источника электрических сигналов 12 /универсального генератора, совмещенного с усилителем мощности/ ток заранее заданной величины в течение расчетного промежутка времени порядка нескольких минут, обеспечивающий гарантированно нагрев пружин 6 до температуры их релейного срабатывания /удлинения/, то есть до порогового значения. После срабатывания пружин 6 /см. фиг. 2/ сопровождающегося силовым выходом наружу ствола 1 сваи выдвижных элементов 3 на заранее заданную величину с заданной силовой нагрузкой на грунт, фиксирующие защелки 9, 10 срабатывают, что препятствует возвращению пружин 6 в исходное состояние /см. фиг. 1/ после их остывания ниже порогового значения температуры при отключении электрического сигнала.
Предлагаемое устройство сваи характеризуется предельной простотой, технологичностью и надежностью, позволяет резко сократить трудоемкость процесса уширения сваи, практически исключить вероятность несрабатывания или наоборот случайного срабатывания, то есть практически автоматизировать данный процесс.