Свайный наконечник

Полезная модель относится к устройствам для возведения сооружений и фундаментов на разных типах грунта и может быть применена в строительной или транспортной промышленности для усиления конструкции и увеличения несущей способности свай, а также для повышения точности и соосности погружения свай и достижения сваями проектных отметок.
Известен свайный наконечник, включающий основание, которое содержит стакан с закрепленным в нем бойком [WO2007080216, дата публикации: 19.07.2007 г., МПК: E02D 5/52; E02D 5/72].
Недостатком известного технического решения является недостаточно надежная фиксация свайного наконечника в свае, вследствие чего повышается риск изгиба и/или срыва свайного наконечника со сваи при ее забивке в грунт.
Известен свайный наконечник, включающий основание, которое содержит стакан с закрепленным в нем бойком и арматурные стержни для закрепления свайного наконечника на свае [FI20030211, дата публикации: 13.08.2004 г., МПК: E02D 5/30; E02D 5/34; E02D 5/72; E02D].
Преимуществом известного технического решения является низкий риск срыва свайного наконечника со сваи при ее забивке в грунт за счет наличия арматурных стержней, обеспечивающих надежную фиксацию свайного наконечника в свае. Однако недостатком известного решения является недостаточная жесткость закрепления стакана с закрепленным в нем бойком на основании свайного наконечника, вследствие чего повышается риск деформации стакана с закрепленным в нем бойком при забивке сваи в грунт.
В качестве прототипа выбран свайный наконечник, включающий основание, которое содержит стакан с закрепленным в нем бойком, арматурные стержни для закрепления свайного наконечника на свае и ребра жесткости, каждое из которых присоединено к стакану и к основанию, при этом арматурные стержни и ребра жесткости расположены в разных плоскостях [FI894250, дата публикации: 09.03.1991 г., МПК: E02D 5/72].
Преимуществом прототипа перед известными техническими решениями является низкий риск деформации стакана с закрепленным в нем бойком при забивке сваи в грунт за счет наличия в свайном наконечнике ребер жесткости для дополнительной фиксации стакана с закрепленным в нем бойком на основании свайного наконечника. Однако из-за расположения ребер жесткости и арматурных стержней в разных плоскостях, а также разного количества ребер жесткости и арматурных стержней нагрузки, возникающие в свайном наконечнике при забивке сваи, распределяются неравномерно. Поэтому при забивке сваи в твердую породу и скальный грунт эти нагрузки действуют на ребра жесткости и арматурные стержни неравномерно, вследствие чего происходит деформация и/или обрыв арматурных стержней или деформация основания в месте крепления ребер жесткости, что может привести к дефекту свайного наконечника и в значительной степени ухудшить его эксплуатационные характеристики.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик свайного наконечника.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в снижении риска возникновения дефекта свайного наконечника.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Свайный наконечник, включающий основание, которое содержит стакан с закрепленным в нем бойком, симметрично расположенные арматурные стержни для закрепления свайного наконечника на свае и ребра жесткости, каждое из которых присоединено к стакану и к основанию. В отличие от прототипа осевая линия каждого стержня для закрепления свайного наконечника на свае совпадает с продольной плоскостью, проведенной вдоль линии симметрии каждого ребра жесткости.
Ребра жесткости обеспечивают повышение прочности конструкции свайного наконечника за счет фиксации стакана с закрепленным в нем бойком на основании свайного наконечника.
Арматурные стержни для закрепления свайного наконечника обеспечивают возможность закрепления свайного наконечника в структуре сваи. Арматурные стержни могут быть представлены в виде строительной арматуры или винтовых элементов, при этом стержни для повышения фрикционных сил могут иметь изогнутую форму. Арматурные стержни симметрично расположены на основании с противоположной стороны от ребер жесткости, что обеспечивает равномерное распределение нагрузок, действующих на свайный наконечник. Под симметричным расположением подразумевается расположение арматурных стержней на основании таким образом, чтобы расстояния между арматурными стержнями были одинаковыми, и таким образом, чтобы расстояния от арматурных стержней до центра основания также были одинаковыми.
Осевая линия каждого арматурного стержня для закрепления свайного наконечника на свае совпадает с продольной плоскостью, проведенной через каждое ребро жесткости. Под этим подразумевается такое взаимное расположение этих элементов, при котором проекция осевой линии каждого арматурного стержня на поперечную плоскость, проведенную через основание свайного наконечника, будет представлена точкой, а проекция продольной плоскости, проходящей через каждое ребро жесткости, на вышеупомянутую плоскость будет представлена прямой, при этом вышеупомянутая точка будет расположена на вышеупомянутой прямой. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузок, действующих на свайный наконечник, и тем самым снижает риск возникновения дефекта свайного наконечника. При этом арматурные стержни для закрепления свайного наконечника на свае и ребра жесткости в случае их четного количества могут быть расположены попарно на одной линии, проходящей через центр основания, что обеспечивает снижение риска дефекта свайного наконечника за счет повышения равномерности распределения изгибающих нагрузок, действующих на свайный наконечник. При этом в случае нечетного количества арматурных стрежней для закрепления свайного наконечника на свае и ребер жесткости, они могут быть расположены на основании с равным угловым шагом, что также обеспечивает снижение риска дефекта свайного наконечника за счет повышения равномерности распределения изгибающих нагрузок, действующих на свайный наконечник.
Основание обеспечивает несущую функцию свайного наконечника. Основание в наиболее предпочтительном варианте может иметь квадратную форму в поперечном сечении либо другую форму, обеспечивающую возможность размещения и закрепления на основании элементов свайного наконечника, например круглую, многоугольную и др. При этом в случае если основание выполнено квадратным, то арматурные стержни для закрепления свайного наконечника на свае могут быть расположены на линиях диагоналей, проведенных из вершин основания, что дополнительно улучшает распределение нагрузки по основанию и снижает риск возникновения дефекта свайного наконечника.
Дополнительно основание может содержать по периметру обечайку, обеспечивающую снижение риска возникновения осевого скручивающего воздействия на свайный наконечник при забивке сваи, что снижает риск возникновения дефекта основания или арматурных стержней свайного наконечника. При этом боковая поверхность обечайки может иметь наклон, что дополнительно повышает равномерность распределения нагрузок, действующих на свайный наконечник.  При этом угол наклона боковой стороны каждого ребра жесткости может соответствовать углу наклона поверхности обечайки, что дополнительно снижает осевую нагрузку, действующую на свайный наконечник при забивке сваи, тем самым также снижая риск возникновения его дефекта.
Стакан обеспечивает возможность установки и фиксации бойка на свайном наконечнике. Стакан установлен на основании и может иметь любую форму, обеспечивающую надежную фиксацию бойка на свайном наконечнике, например форму цилиндра, усеченного конуса или пирамиды и др. При этом в случае если основание имеет квадратную форму, то ось вращения стакана может быть расположена на пересечении диагоналей основания, что дополнительно снижает негативное воздействие нагрузки, возникающей при забивке сваи, на свайный наконечник, снижая риск возникновения его дефекта.
Элементы свайного наконечника могут быть выполнены из металла, например из стали, при этом боек может быть выполнен из закаленной стали, и могут быть соединены между собой разъемными или неразъемными способами.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель обладает ранее не известной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что осевые линии стержней для закрепления свайного наконечника на свае совпадают с продольными плоскостями, проведенными через ребра жесткости, за счет чего обеспечивается более равномерное распределение скручивающих и изгибающих нагрузок, действующих на ребра жесткости и арматурные стержни для закрепления свайного наконечника на свае и возникающих при забивке сваи в грунт, содержащий твердую породу, что снижает риск деформации и обрыва элементов для закрепления свайного наконечника или деформации основания в месте крепления ребер жесткости, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска возникновения дефекта свайного наконечника, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики свайного наконечника.
Полезная модель обладает ранее не известной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Фиг. 1 - Свайный наконечник с основанием квадратной формы, четырьмя ребрами жесткости и четырьмя арматурными стержнями, расположенными на линии диагоналей основания, изометрия.
Фиг. 2 - Свая со свайным наконечником по фиг. 1, изометрия.
Фиг. 3 - Свайный наконечник по фиг. 1, вид сверху.
Фиг. 4 - Свайный наконечник с основанием круглой формы, шестью ребрами жесткости и шестью арматурными стержнями, изометрия.
Фиг. 5 - Свая со свайным наконечником по фиг. 4, изометрия.
Фиг. 6 - Свайный наконечник по фиг. 4, вид сверху.
Свайный наконечник содержит основание 1, которое содержит стакан 2 с закрепленным в нем бойком 3, симметрично расположенные арматурные стержни 4 для закрепления свайного наконечника на свае и ребра 5 жесткости, каждое из которых присоединено к стакану 2 и к основанию 1. При этом осевая линия каждого стержня 4 совпадает с продольной плоскостью α, проведенной через каждое ребро 5 жесткости. Дополнительно основание 1 содержит наклонную обечайку 6, при этом угол наклона боковой стороны обечайки соответствует углу наклона боковой стороны ребра жесткости.
Полезная модель работает следующим образом.
Свайный наконечник устанавливается в сваю 7 и фиксируется посредством стержней 4, удерживающих свайный наконечник в свае 7. Сваю 7 с установленным в нее свайным наконечником забивают в грунт посредством ударных воздействий, направленных вдоль продольной оси сваи. При движении сваи с установленным в нее свайным наконечником через скальный грунт боек 3 обеспечивает разбитие и расталкивание скального грунта в стороны от сваи 7 с установленным в нее свайным наконечником. Ребра 6 жесткости предохраняют стакан 2 с установленным в нем бойком 3 от деформаций при забивке сваи, а также производят более точное позиционирование сваи 7 при установке, выполняя роль направляющих. При этом обечайка 6 скального наконечника предотвращает ударные повреждения и раскрашивание наружной поверхности сваи при ее забивке, предохраняя сваю от разрушения, а основание - от вращения относительно сваи. При этом за счет того, что осевые линии стержней 4 совпадают с продольными плоскостями α, проведенными через ребра 5 жесткости, происходит более равномерное распределение нагрузки, передаваемой на стержни 4, для закрепления свайного наконечника на свае и снижается риск обрыва стержней 4. За счет этого исключается уход сваи 7 в сторону, обеспечивается ее прямолинейное движение при забивке в скальный грунт и исключается необходимость забивки дублирующих свай. При этом достигается усиление конструкции и увеличение несущей способности свай, а также повышается точность и соосность погружения свай и вероятность достижения сваями проектных отметок.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в снижении риска возникновения дефекта свайного наконечника, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики свайного наконечника.