ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ЗАБИВНАЯ СВАЯ

Полезная модель относится к строительству, в частности к конструкциям забивных свай, позволяющих устанавливать их с помощью воздушного носителя, например вертолета.
Известна забивная свая, включающая призматический заостренный снизу ствол с продольными пазами на боковых гранях, отличающаяся тем, что пазы выполнены расширяющимися и углубляющимися в направлении к нижней части ствола и имеют длину, не превышающую 0,95 длины ствола, глубину не больше 0,25 его ширины и поперечное сечение либо в виде кругового сегмента с хордой, расположенной на боковой грани ствола, либо в виде равнобедренного треугольника с основанием, расположенным на боковой грани ствола. Конструкция данной сваи предусматривает облегчение погружения в грунт при сохранении несущей способности сваи по грунту. (см патент РФ 2049856 E02D 5/30 1995 г.)
Известна железобетонная забивная свая круглого сечения содержит заостренный нижний конец, который имеет форму параболоида вращения, усеченного по фокальной плоскости, ниже плоскости усечения, параболоид переходит в сферический пояс, на самом конце сферический пояс переходит в конус. Усовершенствование формы наконечника сваи позволяет более полного использования энергии удара или вибрации и сокращения времени погружения сваи в грунт.(см. патент РФ 2363811 E02D 5/38 2009 г).
Известные конструкции свай не обеспечивают их погружение в тяжелые грунты с включениями скальных пород, так как те технологии и техника, которая используется при установке свай - по техническим причинам, а так же из-за невозможности доставки габаритных механизмов и свай в труднодоступные места не могут выполнить поставленные задачи.
Технической задачей заявленной полезной модели является создание такой конструкции сваи, обеспечивающей погружение в труднодоступных местах, в грунт при сохранении несущей способности сваи по грунту.
Поставленная задача решается в конструкции железобетонной забивной сваей, характеризующейся тем, что на нижнем оконечнике сваи установлен металлический конус с кумулятивным устройством и щупом, выступающим за габариты сваи, а затем последовательно вдоль корпуса сваи укреплены металлический каркас с реактивными элементами и пиропатронами, ограничитель заглубления сваи в грунт, лопастные стабилизаторы и на верхнем оконечнике конструктивные элементы Фиг.1-12, позволяющие наращивать сваи, а так же, электрозамок, для крепления кабель-троса, обеспечивающего поднятие сваи в вертикальное положение с помощью воздушного носителя, и производить сброс сваи на заданную точку поверхности земли.
Техническим результатом является погружение сваи не только в легкие грунты, но и тяжелые с включением скальных пород, используя кинетическую энергию, накопленную, не только, при подъеме сваи вертолетом на необходимую высоту, но и за счет срабатывания реактивных устройств, а так же за счет кумулятивной высокотемпературной струи образующей канал в грунте для прохождения сваи на гораздо большую глубину, тем самым обеспечивая выполнение требований к прочностным характеристикам строящихся объектов. Применение данной конструкции, обеспечивает точность попадания свай в проектное место, снижает трудоемкость работ и сокращает сроки возведения объектов.
На изображениях фигур 1, 2 и 3 предоставлена динамика сборки свай:
Фиг.1 - общий вид;
Фиг.2 - сборка сваи на рабочем стенде;
Фиг.3 - установка сваи в рабочее положение.
Железобетонная забивная свая 1, имеет на нижнем оконечнике металлический конус 2 с кумулятивным устройством 3 и щупом 4, выступающим за габариты сваи. Вдоль корпуса сваи 1 укреплены металлический каркас 5 с реактивными элементами и пиропатронами 6, ограничитель заглубления 7 сваи 1 в грунт, лопастные стабилизаторы 8 и на верхнем оконечнике, электрозамок 9, для крепления кабель-троса 10, обеспечивающего поднятие сваи 1 в вертикальное положение с помощью воздушного носителя 11, и производить сброс сваи 1 на заданную поверхность.
Данная конструкция сваи позволяет использовать ее при проведении следующих видов работ:
не только на мягких грунтах, но и на тяжелых с включениями скальных пород:
- Заделка прорывов плотин, дамб, а также профилактических мероприятий в целях предотвращения чрезвычайных ситуаций;
- Наращивание высоты и ширины плотин, дамб, шоссейных насыпей;
- Устройство временных переходов или проездов для малотоннажного транспорта;
- Установка свайных опор для продвижения сваренных плетей из труб при строительстве трубопроводов;
- Установка свай для изготовления опорных площадок при строительстве любых видов трубопроводов при наземном способе их прокладки (особенно при прохождении через овраги, ущелья, русла рек и т.д.);
- Строительство монорельсовых и подвесных дорог;
- Сооружение обводных каналов и русел при разливе рек;
- В целях увеличения площадей земель сельскохозяйственного и другого использования, строить террасы в холмистых и горных территориях;
- Строительство временных укрытий, складских помещений, зернохранилищ и других целей данного направления;
- Строительство пирсов, причалов, портовых сооружений и т.д., т.е. везде, где другие способы не могут обеспечить выполнение задач, при резком уменьшении трудоемкости и сроков возведения строительных работ.
Полезная модель позволяет устанавливать сваи с помощью вертолетов 11 не только в мягких грунтах, но и на тяжелых грунтах с включениями скальных пород, где другие технологии и техника не могут обеспечить выполнение поставленных задач.
Сваи могут быть различной длины 4 м, 5,5 м, 7 м, размер сечения свай подбирается при анализе условий выполняемой работы, сваи могут быть составными за счет конструктивных элементов 12, позволяющих наращивать длину свай, как на стенде 16, перед сбросом, так и после установки в грунт. Сваи могут быть изготовлены из металлических труб заполненных армированным бетоном.
В целях обеспечения максимального заглубления свай в грунт на сбрасываемую сваю подвешивают металлический каркас с (2÷3 или 4) реактивными устройствами 5. Такая конструкция (при расположении каркаса с реактивными устройствами в первой четверти высоты сваи от конуса) утяжеляет головную часть сваи, способствуя ее вертикальной устойчивости в полете.
Для исключения вращения сваи в полете устанавливается четырех лопастной стабилизатор (через 90°) на верхнем оконечнике сваи 8.
На нижнем оконечнике сваи устанавливается металлический конус 2 с вмонтированным в его вершину кумулятивным устройством 3. Срабатывание кумулятивного устройства происходит при контакте с грунтом специального щупа 4 выступающего за габариты сваи 1 и прикрепленного к металлическому конусу 2. Контакт штыря с поверхностью земли обеспечивает срабатывание, так же, и пиропатронов 6, которые отстреливают с тела сваи металлический каркас 5 с прикрепленными к нему реактивными устройствами, к этому моменту отработавшими свой ресурс. Срабатывание кумулятивного устройства 3 обеспечивает высокоскоростную газопламенную струю с высокой температурой, которая выплавляет перед собой канал в твердых почвах куда и продвигается при своем вертикальном погружении падающая свая.
На верхнем оконечнике снаряженной сваи 1 устанавливается (над стабилизатором 8 электрозамок 9, позволяющий переносить (с помощью вертолета 11, дирижабля или другого воздушного носителя, данное устройство и после команды с вертолета, передаваемой по кабель-тросу 10, производить сброс сваи на цель.
На свае 1 находится также ограничитель заглубления 7, который позволяет останавливать погружающуюся в грунт сваю 1 на заранее установленной отметке в соответствии с поставленной задачей. Ограничитель заглубления 7 снабжен самораскрывающимися стопорами, (на фиг. не показан) срабатывающие при контакте с грунтом.
В целях повышения точности попадания сваи в проектное место возможно использование следующих вариантов прицеливания:
- система «GPS», «Глонасс»;
- обозначение точки прицеливания лазерными указками или мигающими прожекторами;
- корректировку перемещения вертолета в процессе прицеливания, перед сбросом производить за счет радиосвязи, а также используя теле и видео камеры.
Процесс установки свай в указанное проектом месте производится следующим образом.
Изготовленные, согласно проекту или стандартные, сваи доставляются любым транспортом максимально близко к месту установки свай.
На рабочем стенде производится снаряжение свай необходимыми устройствами: электрозамком 9, стабилизатором 8, ограничителем заглубления 7, металлическим каркасом с реактивными элементами 5 и пиропатронами 6, кумулятивным устройством 3 и штырем 4 на металлический конус 2 сваи 1.
Вертолет 11 зависает над местом, где на стенде находится снаряженная свая 1 и спускает лебедкой 13 электрозамок 9 на кабель-тросе 10 к месту стыковки. Оператор производит стыковку узла обеспечивая, за счет электрозамка 9, механическое крепление оснащенной сваи 1 с вертолетом 11, а так же обеспечивает электрический контакт цепи производящей управление процессом сброса сваи используя пульт управления 14 находящийся в кабине вертолета 11.
Снаряженная свая 1 с помощью вертолета 11 устанавливается на поворотной оси 15, находящейся на свае и стенде в вертикальное положение. Оператор стенда дает по радио команду экипажу вертолета, на подъем сваи 1 (элементы снаряжения сваи на рисунке не указаны).
Вертолет доставляет снаряженную сваю 1 к месту ее установки, где по одному из вышеперечисленных способов нацеливания на нужную точку производит сброс сваи, одновременно обеспечив путем подачи через пульт 14 электрического сигнала, пуск реактивных устройств 5. Реактивные устройства за время падения сваи 1 с расчетной высоты (исходя из мониторинга грунта) вырабатывают свой ресурс и отстреливаются пиропатронами 6 при упоре щупа 4 в грунт.
Одновременно срабатывает при контакте щупа 4 с землей срабатывает кумулятивное устройство 3, находящийся в металлическом конусе 2 сваи 1. Устройство обеспечивает выплавление грунта на пути продвижения сваи на проектную глубину. Когда в процессе погружения тело сваи заглубляется до тормозного устройства 7, оно срабатывает от трения о грунт и останавливает продвижение сваи на нужной по глубине проектной отметке.