СВАЯ ЗАБИВНАЯ

Полезная модель относится к строительству и применяется в качестве фундамента-основания для металлических или деревянных столбов-стоек различного сечения.
Известен аналог - металлическая свая с вертикальными лопастями - патент на полезную модель РФ №52412, 2.11.2015, состоящая из полого трубчатого ствола, отличающаяся тем, что на ней выполнены вертикальные лопасти, приваренные вдоль ствола сваи, причем нижний край лопасти выполняется скошенным, а верхний край лопасти располагается на 2-3 м ниже головы сваи.
Недостатком аналога является низкая проникающая способность сваи, которая снижает эффективность ее установки в промерзший грунт, находящийся долгое время при отрицательных по Цельсию температурах. Низкая проникающая способность характеризуется, во-первых, повышенным лобовым сопротивлением сваи из-за угла скоса лопастей, близкого к 90 градусам, во-вторых, малой прочностью конструкции из-за передачи усилия на лопасти через сварное соединение.
Известен аналог - свая забивная для столба - патент на изобретение США №US20080104899, 8.05.2008, принятая в качестве прототипа, содержащая выполненные из листовой стали, соединенные между собой и вытянутые в вертикальном направлении верхнюю и нижнюю части, причем верхняя часть выполнена с возможностью установки в нее квадратного столба и имеет квадратное поперечное сечение, а нижняя часть имеет крестообразное поперечное сечение, пересекающиеся линии которого совпадают с диагоналями квадрата сечения верхней части, нижняя часть выполнена в виде четырех плоских лопастей и имеет заострение к низу, образованное скосами на лопастях.
Недостатком прототипа является низкая проникающая способность сваи, которая снижает эффективность ее установки в промерзший грунт, находящийся долгое время при отрицательных по Цельсию температурах. Низкая проникающая способность характеризуется, во-первых, повышенным лобовым сопротивлением сваи из-за большого угла скоса лопастей, близкого к 90 градусам, во-вторых, низкой прочностью соединения верхней и нижней частей сваи.
Технической задачей полезной модели является обеспечение возможности применения сваи в условиях крайнего севера, характеризующегося необходимостью ее установки в промерзший грунт, находящийся долгое время при отрицательных по Цельсию температурах.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении возможности установки сваи в промерзший фунт.
Решение технической задачи в свае забивной для установки в промерзший фунт, содержащей выполненные из листовой стали, соединенные между собой и вытянутые в вертикальном направлении верхнюю и нижнюю части, причем верхняя часть выполнена с возможностью установки в нее столба, имеющего прямоугольное поперечное сечение, и имеет прямоугольное поперечное сечение, а нижняя часть имеет крестообразное поперечное сечение, нижняя часть выполнена в виде четырех. плоских лопастей и имеет заострение к низу, образованное скосами на лопастях, достигается тем, что угол скоса каждой лопасти относительно вертикальной оси лежит в диапазоне от 2 до 6 градусов, заострение притуплено с образованием горизонтального участка, лопасти нижней части образованы полками двух вытянутых в вертикальном направлении угловых профилей, верхняя часть заглублена в нижнюю с образованием контакта не только в горизонтальном сечении, но и по вертикали, размер горизонтального участка, которым осуществлено притупление заострения, составляет 30±2 мм, толщина стали, из которой выполнена нижняя часть, лежит в диапазоне 1,5-6 мм.
Поперечное сечение верхней части может быть квадратным со стороной квадрата равной 100±2 мм.
Поперечное сечение верхней части может быть квадратным со стороной квадрата равной 80±2 мм.
Поперечное сечение верхней части может быть квадратным со стороной квадрата равной 60±2 мм.
Поперечное сечение верхней части может быть квадратным со стороной квадрата равной 50±2 мм.
Поперечное сечение верхней части может быть квадратным со стороной квадрата равной 40±2 мм.
Прямоугольное поперечное сечение верхней части может иметь размеры сторон 40±2 мм и 60±2 мм.
На фиг. 1 изображен вид сбоку сваи забивной для установки в промерзший грунт.
На фиг. 2 изображен вид сверху сваи забивной для установки в промерзший грунт.
На фиг. 3 изображено поперечное сечение нижней части сваи забивной для установки в промерзший грунт.
На фиг. 4 изображен вид по нормали к поверхности лопасти сваи забивной для установки в промерзший грунт.
Свая забивная для установки в промерзший грунт, изображенная на рисунках 1-4 содержит выполненные из листовой стали, соединенные между собой и вытянутые в вертикальном направлении верхнюю 1 и нижнюю 2 части, как показано на рисунке 1, причем верхняя часть 1 выполнена с возможностью установки в нее столба, имеющего прямоугольное поперечное сечение, и имеет прямоугольное поперечное сечение 3, как показано на рисунке 2, а нижняя часть 2 имеет крестообразное поперечное сечение 4, как показано на рисунке 3, пересекающиеся линии 5 которого совпадают с диагоналями 6 прямоугольника 3 сечения верхней части 1, нижняя часть 2 выполнена в виде пересекающихся лопастей 7 и имеет заострение 8 к низу, как показано на рисунке 4, образованное скосами 9 на лопастях, угол α скоса каждой лопасти относительно вертикальной оси 10 лежит в диапазоне от 2 до 6 градусов, заострение 8 притуплено с образованием горизонтального участка 11 размером Г=30 мм, лопасти 7 нижней части 2 образованы полками 12 (рис. 3) двух вытянутых в вертикальном направлении угловых профилей 13, верхняя часть 1 заглублена в нижнюю 2 с образованием контакта не только в горизонтальном сечении 14, но и по вертикали, на участке Д (рис. 1).
Рассмотрим пример конкретной реализации сваи забивной для установки в промерзший грунт. Верхняя 1 и нижняя 2 части изготовлены из листовой стали толщиной 3 мм. При изготовлении нижней части 2 из стали толщиной меньше 1,5 мм ее жесткость будет недостаточна для обеспечения установки сваи в промерзший грунт. Лопасти в этом случае изгибаются и установка сваи невозможна. При изготовлении нижней части из стали более 6 мм значительно усложняется процесс изготовления конструкции - становится невозможно обеспечить требуемый радиус изгиба R углового профиля 13. Из-за повышенного радиуса R повышается лобовое сопротивление сваи при установке в грунт. Верхняя часть 1 изготавливается из прямоугольника путем его гибки в трех местах и сварки с образованием  замкнутого профиля с квадратным сечением 3. Размеры сечения составляют 60×60 мм. Возможность достижения указанного технического результата проверено при поперечном сечении верхней части со стороной квадрата равной 100 мм, 80 мм, 60 мм, 50 мм, 40 мм, а также при прямоугольном сечении с размерами сторон 40 мм и 60 мм. Нижняя часть 2 состоит из двух угловых профилей 13. Каждый из угловых профилей 13 изготавливается путем предварительного раскроя листа стали методом лазерной резки, а затем гибки полученной заготовки по линии изгиба 15 (рис. 1) с образованием двух полок 12, расположенных под углом 90 градусов. Такая конструкция обеспечивает необходимую жесткость нижней части, а также исключает концентраторы напряжения, которые имели бы место при изготовлении нижней части соединением двух плоских листов шип в паз. Наличие длинного паза по длине листа ослабило бы конструкцию. Скосы 9 и паз 16 под установку верхней части 1 получают на этапе раскроя листа стали. Заострение 8 к низу образовано скосами 9 на лопастях, угол α скоса каждой лопасти относительно вертикальной оси 10 равен 3 градусам. При угле α менее 2 градусов отношение высоты нижней части к размеру полок 13 получается таким, что нижняя часть 2 обладает недостаточной жесткостью, что при выбранном диапазоне толщин стали делает невозможным установку сваи в промерзший грунт, при таких размерах в случае установки нижняя часть теряет устойчивость и деформируется. При угле α более 6 градусов установка сваи затрудняется из-за увеличения лобового сопротивления при установке. Заострение 8 притуплено с образованием горизонтального участка 11 размером Г=30 мм для исключения деформации заострения в процессе установки. При наличии острого конца в случае установки в промерзший грунт происходит изгибание конца и, как результат, существенное увеличение лобового сопротивления, что приводит к невозможности установки сваи. При размере Г=30 мм обеспечивается достижение указанного технического результата. При меньшем размере возможно деформация заострения, как при абсолютно остром конце, при большем увеличивается сопротивление при установке сваи в грунт. Угловые профили 13 соединяют сваркой. В процессе сборки верхней 1 и нижней 2 частей, верхняя часть 1 устанавливается в паз 16 нижней части 2 и по местам контакта наносится сварной шов. Благодаря наличию заглубления верхней части 1 в нижнюю 2 с образованием контакта по вертикали на участке Д обеспечивается увеличение длины сварного шва, что способствует надежному соединению частей 1 и 2 и устойчивость профиля верней части относительно нижней части. Это необходимо, так как при установке сваи в промерзший грунт возникают ударные нагрузки, которые часто имеют отклонения от вертикальной оси 10 и в отсутствии описанных признаков устройства происходит разрушение соединения верхней и нижней части по поперечному сечению 14, а также деформация верхней части 1.
Рассмотрим пример эксплуатации сваи забивной для установки в промерзший грунт. Сваи применяют для установки в них столбов ограждения. Сваи доставляют на место монтажа вместе с деревянными столбами. Осуществляют разметку территории с обозначением мест установки свай. Сваю забивную располагают вертикально опирая в грунт горизонтальным участком 11, к верхней части прикладывают усилие пневматического забивного инструмента и ударными импульсами осуществляют погружение сваи забивной в грунт. В других примерах вместо пневматического забивного инструмента применяют электрический забивной инструмент и кувалду. Благодаря наличию горизонтального участка 11 заострение сваи обладает стойкостью к изгибу и в начальный момент забивания исключается ее изгиб. Благодаря выбранному диапазону угла α скосов 9 обеспечивается низкое лобовое сопротивление грунта установке сваи забивной.
Технический результат полезной модели достигается благодаря тому, что - угол скоса каждой лопасти относительно вертикальной оси лежит в диапазоне от 2 до 6 градусов, что обеспечивает низкое лобовое сопротивление грунта установке сваи, что является важным фактором для обеспечения возможности установки сваи забивной в промерзший грунт, на установленную сваю не влияет зимнее пучение грунта (промерзшего) из-за угла скоса,
- заострение притуплено с образованием горизонтального участка размером 30 мм, исключая изгиб заострения при установке сваи забивной в промерзший грунт,
- лопасти нижней части образованы полками двух вытянутых в вертикальном направлении угловых профилей, обеспечивая требуемую жесткость нижней части сваи и исключая концентраторы напряжения, которые бы снижали прочность сваи, необходимую для установки сваи забивной в промерзший грунт,
- верхняя часть заглублена в нижнюю с образованием контакта не только в горизонтальном сечении, но и по вертикали, обеспечивая необходимые для установки сваи забивной в промерзший грунт устойчивость верхней части и надежность соединения верхней и нижней частей,
- толщина стали, из которой выполнена нижняя часть лежит в диапазоне 1,5-6 мм, что исключает деформацию сваи забивной при установке в промерзший грунт, которая возникает при выходе из диапазона в меньшую сторону и обеспечивает возможность выполнения лопастей на двух уголках, что невозможно при выходе из диапазона в большую сторону.
Дополнительными преимуществами сваи забивной являются
- возможность осуществления монтажа в течении одной минуты,
- для установки сваи не требуется специальный инструмент, возможно применение самого простого инструмента - кувалды, - свая легко прорезает при установке корни деревьев, обеспечивая обеспечена возможность установки сваи в лесных массивах и парках, благодаря тому, что свая легко прорезает при установке корни деревьев,
- обеспечивается возможность самостоятельного монтажа.