МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВАЯ С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ЛОПАСТЯМИ

Металлический свая с вертикальными лопастями предназначена для закрепления высотных сооружений (опоры воздушных линий, порталы подстанций, башни и мачты связи, трубопроводные эстакады и кабельные галереи) в качестве конструкции фундамента, воспринимающего значительные выдергивающие нагрузки и тем самым обеспечивающей устойчивость указанных высотных сооружений от опрокидывания.
Известна трубчатая свая, выполненная из бетона, и состоящая из сборных элементов (SU 2098555 С1, МПК 7 Е 02 D 5/52, 10.12.1997).
Недостатком известной сваи является сложность при ее использовании, а именно присоединение каждого последующего элемента сваи после забивания в грунт предыдущего элемента.
Также известна конструкция металлической сваи, корпус которой выполнен трубчатым, а на стволе сваи выполнены винтовые лопасти (RU 2244065 С1, МПК 7 Е 02 D 5/56, 10.01.2005).
Недостатком известной конструкции является необходимость использовать специальные технические механизмы для погружения сваи с винтовыми лопастями в грунт.
Также, из патентной литературы известна конструкция составной сваи, содержащей отрезок трубы, который закреплен на верхнем конце квадратной железобетонной сваи, причем на отрезке трубы смонтирована металлическая стойка трубчатого сечения, снабженная вертикальными ребрами, размещенными друг от друга на расчетном расстоянии и выполненными выступающими за пределы металлической стойки, а выступающие концы ребер неподвижно закреплены на отрезке трубы (RU 2016963 С1, МПК 7 Е 02 D 5/52, 30.07.1994).
Недостатком известной конструкции является сложность в применении такой сваи вследствие того, что свая является составной и требует определенных трудозатрат на установку.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является монолитная металлическая свая, ствол которой выполнен полым, трубчатой формы (RU 2202680 С2, МПК 7 Е 02 D 27/35, 20.04.2005).
Недостатком известной сваи является повышенная трудоемкость строительных работ на погружение сваи.
Задачей заявленной полезной модели является увеличение несущей способности металлических трубчатых свай.
Технический результат заключается в снижении трудоемкости строительных работ на погружение свай в грунт.
Технический результат достигается за счет того, что в заявленной конструкции металлической сваи, ствол которой имеет трубчатую форму, выполнены вертикальные лопасти, приваренные вдоль ствола сваи, причем нижний край лопасти выполняется скошенным, а верхний край лопасти располагается на 2-3 метра ниже головы сваи. Согласно полезной модели указанные вертикальные лопасти выполнены из широкополосного или листового проката.
1
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - трубчатая металлическая свая (прототип),
Фиг.2 - разрез А-А согласно Фиг.1 (прототип)
Фиг.3 - трубчатая металлическая свая с вертикальными лопастями (полезная модель),
Фиг.4 - разрез В-В согласно Фиг.3 (полезная модель)
Фиг.5 - расположение трубчатой металлической сваи согласно полезной модели на разных глубинах и в разных слоях грунта.
Металлическая свая согласно полезной модели состоит из трубчатого полого ствола 1, вдоль которого приварены вертикальные лопасти 2 (см. Фиг.3). Лопасти 2 могут выполняться как из широкополосного, так и из листового металлического проката. Ширина a лопастей 2 и их количество n (2, 3 или 4) выбирается по расчету, исходя из инженерно-геологических условий площадки строительства и требуемой несущей способности F сваи. Длина l лопастей 2 назначается исходя из длины L сваи. Как показано на Фиг.2, нижний край 3 лопасти 2 выполняется скошенным, что уменьшает лобовое сопротивление сваи при погружении в грунт, а верхний край 4 лопасти 2 рекомендуется располагать на 2-3 метра ниже головы сваи, что в свою очередь позволит исключить влияние дополнительных сил морозного пучения на сваю в приповерхностном слое грунта (на 1,5-2 метра ниже уровня земли), а также обеспечить монтаж свайного ростверка над поверхностью земли (на 0,5-1 метр выше уровня земли).
1
см. приложение
Несущая способность F сваи на выдергивание линейно зависит от боковой поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом. Поэтому ранее для увеличения несущей способности трубчатой металлической сваи увеличивали глубину ее заложения, т.е. фактически увеличивали длину L ствола сваи. Прочность свайного основания определяется из условия N≤F, где N - нагрузка на сваю, а F - несущая способность сваи на выдергивание, определяемая по формуле:
F=k(f, γ)·S,
где: k(f, γ) - составляющая расчетных формул, учитывающая конкретные инженерно-геологические условия площадки, а также условия погружения и эксплуатации сваи,
f - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи
γ - ряд коэффициентов: условий работы сваи, условий работы грунта сваи по боковой поверхности сваи, надежности (имеют эмпирическую природу и включаются в конкретные расчетные формулы),
S - боковая поверхность сваи, соприкасающаяся с грунтом, и определяемая по формуле:
S=p·L, где L - расчетная длина сваи (как указывалось выше),
р=π·d+2·а·n - периметр трубчатой сваи с вертикальными лопастями, где (см. Фиг.4): d - диаметр сваи,
а - ширина вертикальной лопасти,
n - количество вертикальных лопастей.
При наличии плотных подстилающих грунтов, таких как тугопластичные глинистые грунты, плотные песчаные грунты, как правило, увеличение глубины Н заложения сваи приводит к увеличению лобового сопротивление грунта погружению сваи R и резкому увеличению трудоемкости работ, связанных с ее погружением. При наличии же скального или крупнообломочного основания увеличение глубины Н заложения сваи вообще становится невозможным (см. Фиг.5). Вертикальные же лопасти 2 сваи, приваренные к стволу 1 сваи, увеличивают боковую поверхность S соприкасающейся с грунтом сваи, при этом абсолютно не требуется увеличение глубины Н ее заложения (длины сваи). Здесь следует обратить внимание, что в отличие от вертикальных ребер, расположенных на входящей в состав сборной сваи трубчатой стойке, являющихся элементами стыка и предназначенных для увеличения жесткости стыка (см. RU 2016963 С1, МПК 7 Е 02 D 5/52, 30.07.1994), предложенные заявителем вертикальные лопасти, приваренные к стволу металлической сваи, увеличивают несущую способность сваи, и являются по сути несущими элементами сваи.
Следует отметить, что затраты материала, связанные с увеличением несущей способности F металлических трубчатой сваи путем увеличения глубины Н ее заложения (дополнительная труба) или путем приварки вертикальных лопастей (широкополосный или листовой прокат), соизмеримы.
Основным преимуществом заявленной полезной модели является то, что предложенная конструкция металлической сваи с вертикальными лопастями обеспечивает снижение трудоемкости строительных работ на погружение сваи. Как указывалось ранее, лобовое сопротивление R грунта погружению сваи возрастает с глубиной Н заложения сваи, поэтому свая, имеющая меньшую глубину Н заложения (наличие вертикальных лопастей практически не влияет на увеличение лобового сопротивления сваи), погружается быстрее. А при относительно близком заложении к поверхности скальных и крупнообломочных грунтов использование свай с вертикальными лопастями является единственной возможностью повысить несущую способность F трубчатых металлических свай.
Кроме того, сваи с вертикальными лопастями абсолютно не требуют какой-либо специальной техники, устройств и механизмов как для их изготовления, так и для их транспортировки и погружения, как, например, для изготовления и погружения винтовых свай. Погружение металлических свай с вертикальными лопастями возможно с использованием существующего сваебойного оборудования.