ВИНТОВАЯ ИНЪЕКЦИОННАЯ СВАЯ-АНКЕР
SCREW INJECTION ANCHOR PILE

Предлагаемое изобретение относится к строительству, касается винтовой инъекционной сваи-анкера и ее вариантов, которая может быть использована при возведении фундаментов в малоэтажном строительстве на всех типах грунтов, а также для уплотнения прилегающего грунта.
Известен винтовой анкер, включающий стержневую тягу и винтовую лопасть а виде цилиндрического штопора, размещенного вокруг нижней части тяги, при этом он снабжен съемной трубой, надетой с зазором на тягу и закрепленной на ней посредством упорной шайбы и съемного фиксатора, причем труба выполнена меньшей длины, чем тяга, ее нижняя часть размещена внутри штопора и выполнена с расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга отверстиями, в верхняя часть оснащена штуцером (RU 2034956 C1, E02D 5/56, E02D 5/80, опубл. 10.05.1995 г.). Перед установкой винтового анкера в грунт труба одевается на тягу и крепится фиксатором. После этого анкер погружается в грунт завинчиванием. После погружения на заданную глубину фиксатор снимается и труба штуцером соединяется со шлангом насосной установки. После этого в трубу под давлением подается цементный раствор, который через отверстия попадает во внутреннюю полость штопора, уплотняя и закрепляя там грунт. После закачки порции цементного раствора труба поднимается на поверхность. После инъекции цементного раствора в рабочую зону штопор вместе с грунтом превращается в монолит и держащая сила анкера значительно увеличивается, повышая его несущую способность.
Известна буронабивная свая (RU 2270294 C1, E02D 5/56, опубл. 20.02.2006 г.), представляющая собой вытянутое по длине тело вращения с наконечником в нижней части, на внешней поверхности которого смонтирован по длине тела винтовой шнек, навивка которого выполнена постоянного сечения с заданными шагом и углом навивки. Верхний конец указанного тела выполнен с элементами связи с устройством, обеспечивающим передачу крутящего момента свае и создание осевой нагрузки. Навивка на внешней поверхности тела вращения выполнена из сплошной трубы или соединенных между собой отрезков трубы с внутренним диаметром от 0,5 до 1,5 дюймов. Труба или соединенные между отрезки трубы, образующие указанную навивку, в нижней части, обращенной в сторону наконечника, выполнены перфорированными для закачки под давлением закрепного раствора. Способ возведения буронабивной сваи в карстовых или слабонесущих грунтах включает погружение вращением сваи с наконечником в нижней части и с винтовым шнеком на наружной поверхности в грунт до проектной отметки с выводом выбираемого грунта на дневную поверхность и подачей цементного раствора в зону пяты сваи. При погружении вращением сваи осуществляют подачу цементного раствора через перфорацию, выполненную в нижней части полой навивки винтового шнека, обращенной в сторону наконечника, для заполнения карстовых полостей или уплотнения стенки грунтового отверстия по всей длине сваи. Технический результат состоит в обеспечении повышенной плотности утрамбованного грунта в зоне стенки грунтового отверстия под сваю по всей длине стенки.
Однако в процессе монтажа в глинистых грунтах будет происходить закупорка отверстий навивки. Также к недостаткам можно отнести сложность ее изготовления и монтажа.
Известна винтовая свая, содержащая ствол с закрепленным на переднем по направлению ввинчивания конце винтовым башмаком в виде ступицы с конусным наконечником, оснащенных винтовой лопастью, при этом к конусному наконечнику башмака жестко крепится инжектор в виде трубы с отверстиями, ориентированными перпендикулярно ее оси, передний конец которой имеет заглушку в виде конуса, а задний, находящийся в башмаке, соединен с трубой, установленной внутри ствола, верхний конец которой соединен с насосом для подачи грунтоукрепляющей смеси (RU 2413818 С1, E02D 5/56, опубл. 10.03.2011 г.). Технический результат - повышение несущей способности винтовой сваи в рыхлых, сжимаемых грунтах.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является винтовая свая, конструкция которой описана в способе, предназначенном для погружения винтовой сваи в грунт (заявка Японии №60-57943, опубл. 03.08.94, кл., E02D 5/56), принятая за ближайший аналог (прототип).
Свая, по прототипу, имеет цилиндрический трубчатый ствол и конусный наконечник, снабженный винтовой лопастью, выполненной из отдельных элементов. На верхней поверхности конусного наконечника расположена резьбовая шпилька, предназначенная для соединения конусного наконечника с цилиндрической секцией сваи, представляющей собой трубчатую оболочку, заполняемую бетоном.
Недостатком известной винтовой сваи является сложное в технологическом отношении решение винтовой лопасти, состоящей из отдельных элементов. Другим недостатком винтовой сваи является ее низкая несущая способность, что ограничивает область ее применения. Данная свая не может быть использована на слабых грунтах. Кроме этого данная свая может быть использована только один раз. После заполнения ствола сваи бетоном, сваю уже невозможно извлечь из грунта.
В задачу предлагаемого изобретения положено создание винтовой инъекционной сваи для возведения фундаментов на всех типах грунтов и для уплотнения прилегающего грунта.
Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении несущей способности, расширении области применения, упрощении производства и монтажа.
Поставленная задача достигается тем, что в винтовой инъекционной свае-анкере, содержащей оболочку, соединенную с конусным наконечником, снабженным винтовой лопастью, в нижней части конусного наконечника выполнено сопло инъектора, дополнительно устройство содержит штангу с наконечником, инъектор, арматурный каркас, при этом штанга установлена в инъектор, наконечник штанги установлен в сопло инъектора, инъектор соединен со штангой и с соплом инъектора, арматурный каркас соединен с конусным наконечником; оболочка, инъектор и штанга выполнены в виде труб; оболочка выполнена съемной и зафиксирована с помощью упорной направляющей шайбы и гайки; оболочка выполнена диаметром - 57-1450 мм, длиной - 500-100000 мм; оболочка может быть соединена с конусным наконечником с помощью шпонок, выполненных в виде выступов на внутренней поверхности оболочки, входящих в зацепление с элементами усиления соединения конусного наконечника с арматурным каркасом; винтовая лопасть выполнена одиночной; одиночная винтовая лопасть расположена на сопле инъектора; одиночная винтовая лопасть расположена на конусном наконечнике; одиночная винтовая лопасть расположена на сопле инъектора и на конусном наконечнике; винтовая лопасть выполнена из двух винтовых лопастей, расположенных последовательно одна за другой; две винтовые лопасти расположены с промежутком между ними; первая винтовая лопасть расположена на сопле инъектора, а вторая - на сопле инъектора и конусе; диаметр винтовой лопасти выполнен размером 85-3500 мм; диаметр винтовой лопасти выполнен больше диаметра оболочки в 1,5-2,5 раза; шаг винтовой лопасти составляет 0,15-0,35 диаметра винтовой лопасти; винтовая лопасть выполнена в виде навивки, расположенной по внешней образующей сваи от конусного наконечника до 3/4 длины оболочки; сопло инъектора приварено к конусному наконечнику; внутренний диаметр сопла инъектора выполнен размером 15-200 мм; штанга соединена с инъектором посредством резьбового соединения, выполненного в верхней части штанги и инъектора, и зафиксирована с помощью гайки; инъектор соединен с соплом инъектора посредством резьбового соединения; инъектор соединен с соплом инъектора посредством байонетного соединения; арматурный каркас приварен к внутренней части конусного наконечника; в месте соединения арматурного каркаса с конусным наконечником выполнены элементы усиления соединения в виде косынок или приливов; арматурный каркас закреплен на конусном наконечнике с помощью закладных деталей или крючков; арматурный каркас состоит из продольных арматурных прутков периодического профиля, связанных между собой поперечными связями (поясами) с определенным шагом; в поперечном сечении арматурный каркас выполнен треугольным; в поперечном сечении арматурный каркас выполнен квадратным; в поперечном сечении арматурный каркас выполнен прямоугольным; в поперечном сечении арматурный каркас выполнен многогранным; в поперечном сечении арматурный каркас выполнен круглым; в поперечном сечении арматурный каркас выполнен квадратным.
Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении несущей способности, расширении области применения, упрощении производства и монтажа.
На фиг.1 представлен чертеж винтовой инъекционной сваи-анкера с несъемной оболочкой: 1а - общий вид; 1б - продольный разрез А-А; 1в - поперечный разрез Б-Б; 1г - поперечный разрез В-В; 1д - продольный разрез конуса Г.
На фиг.2 представлен чертеж винтовой инъекционной сваи-анкера со съемной оболочкой: 2а - общий вид; 2б - продольный разрез А-А; 2в - поперечный разрез Б-Б; 2г - поперечный разрез В-В; 2д - продольный разрез конуса Г.
На фиг.3 представлен чертеж винтовой инъекционной сваи-анкера с винтовой навивкой: 3а - общий вид; 3б - продольный разрез А-А; 3в - поперечный разрез Б-Б; 3г - поперечный разрез В-В; 3д - продольный разрез конуса Г.
Конструктивно винтовая инъекционная свая-анкер на фиг.1-3 содержит:
1 - оболочку;
2 - конусный наконечник;
3 - винтовую лопасть;
4 - сопло инъектора;
5 - штангу;
6 - наконечник штанги;
7 - арматурный каркас;
8 - инъектор;
9 - шпонки оболочки;
10 - шпонки для монтажа;
11 - упорная направляющая шайба для фиксации оболочки;
12 - гайка для фиксации оболочки;
13 - гайка для фиксации штанги.
Оболочка 1 соединена с конусным наконечником 2, снабженным винтовой лопастью 3.
В нижней части конусного наконечника 2 выполнено сопло инъектора 4.
Штанга 5 установлена в инъекторе 8.
Наконечник 6 штанги 5 установлен в сопло инъектора 4.
Инъектор 8 соединен с соплом инъектора 4 и штангой 5.
Арматурный каркас 7 соединен с конусным наконечником 2.
Оболочка 1, штанга 5 и инъектор 8 выполнены в виде труб.
Оболочка 1 может быть выполнена съемной и фиксироваться с помощью упорной направляющей шайбы и гайки.
Оболочка 1 может быть выполнена диаметром - 57-1450 мм, длиной - 500-100000 мм.
Съемная оболочка 1 может быть соединена с конусным наконечником 2, например, с помощью шпонок 9, выполненных в виде выступов на внутренней поверхности оболочки 1, входящих в зацепление с элементами усиления соединения конусного наконечника 2 с арматурным каркасом 7.
Винтовая лопасть 3 может быть выполнена одиночной.
Одиночная винтовая лопасть 3 может быть расположена на конусном наконечнике 2.
Одиночная винтовая лопасть 3 может быть расположена на сопле инъектора 4.
Одиночная винтовая лопасть 3 может быть расположена на конусном наконечнике 3 и на сопле инъектора 4.
Винтовая лопасть 3 может быть выполнена из двух винтовых лопастей, расположенных последовательно одна за другой.
Две винтовые лопасти 3 могут быть расположены с промежутком между ними.
Первая винтовая лопасть 3 может быть расположена на сопле инъектора 4, а вторая - на конусном наконечнике 3 и сопле инъектора 4.
Диаметр винтовой лопасти 3 может быть выполнен размером 85-3500 мм.
Диаметр винтовой лопасти 3 может быть выполнен больше диаметра оболочки в 1,5-2,5 раза.
Шаг винтовой лопасти 3 составляет 0,15-0,35 диаметра винтовой лопасти.
Винтовая лопасть 3 может быть выполнена в виде навивки, расположенной по внешней образующей сваи от конусного наконечника до 3/4 длины оболочки.
Сопло инъектора 4 может быть приварено к конусному наконечнику.
Внутренний диаметр сопла инъектора 4 может быть выполнен размером 15-200 мм.
Штанга 5 может быть соединена с инъектором 8 посредством резьбового соединения, выполненного в верхней части штанги 5 и инъектора 8, и зафиксирована внутри инъектора 8 с помощью гайки 13.
В месте соединения арматурного каркаса 7 с конусным наконечником 2 могут быть выполнены элементы усиления соединения в виде косынок или приливов.
Арматурный каркас 7 может быть закреплен на конусном наконечнике 2 с помощью закладных деталей или крючков.
Арматурный каркас 7 состоит из продольных арматурных прутков периодического профиля, связанных между собой поперечными связями (поясами) с определенным шагом.
В поперечном сечении арматурный каркас 7 может быть выполнен, например, треугольным, или квадратным, или прямоугольным, или многогранным, или круглым, или квадратным.
Инъектор 8 может быть соединен с соплом инъектора 4 посредством резьбового соединения.
Инъектор 8 может быть соединен с соплом инъектора 4 посредством байонетного соединения.
Винтовые инъекционные сваи-анкера и/или их конструктивные элементы могут быть изготовлены из различных металлов и их сплавов, например из стали, из нержавеющих сплавов, из химически стойких сплавов, а также из полимерных или композитных материалов.
Предлагаемое изобретение работает следующим образом.
2
Винтовую инъекционную сваю-анкер устанавливают в грунт путем заворачивания ее за оболочку 1 с помощью специального ключа, приводимого во вращательное движение вручную двумя воротками (длина воротка от 3 м до 7 м), или механизированным способом с помощью спецтехники. Вращение ключа передается на оболочку 1 с помощью шпонок 10, выполненных в виде выступов в верхней части оболочки 1. После заворачивания винтовой инъекционной сваи-анкера на проектную глубину ее выворачивают назад на 15-20 см (если необходимо), выкручивают штангу 5 с наконечником 6 из инъектора 8, освобождая сопло инъектора 4, подсоединяют к патрубку инъектора 8 шланг от специального насоса, нагнетают под большим давлением до 3 МПа (до 30 кг/см) специальный состав, который фильтруется в грунт в область винтовой лопасти 3. После прокачивания необходимого количества упрочняющего состава, кран на патрубке инъектора 8 закрывают, шланг насоса отсоединяют и опять заворачивают винтовую инъекционную сваю-анкер на прежнюю проектную отметку, выдавливая конусным наконечником 2 из под винтовой лопасти оставшуюся 3 часть упрочняющего состава в грунт. Для достижения необходимого результата эту процедуру могут выполнять несколько раз. Давление на упрочняющий состав при доворачивании винтовой инъекционной сваи-анкера может достигать нескольких тонн (на сваях большого диаметра десятков тонн) в результате чего происходит фильтрация упрочняющего состава в грунты даже с низкой фильтрационной способностью, а также происходит гидродинамическое уплотнение грунта в зоне винтовой лопасти 3. В заключении процесса установки винтовой инъекционной сваи-анкера снимают ключ, вывертывают (отсоединяют) и вынимают из сваи инъектор 8, заливают (закачивают) в полость оболочки 1 и ее арматурный каркас 7 бетон или специальный состав.
В случае, когда используют винтовую инъекционную сваю со съемной оболочкой 1, оболочку 1 выдергивают (вынимают), вставляют защитный кожух из куска рубероида, или из оцинкованного листа, или из толстой полимерной пленки, заливают (закачивают) в образовавшуюся полость с арматурным каркасом 7 бетон или специальный состав. На этом процесс установки (монтажа) винтовой инъекционной сваи завершают.
Винтовые инъекционные сваи-анкера предложенной конструкции могут быть использованы на обычных грунтах, на слабых грунтах, на обводненных грунтах, в прибрежных зонах морей, рек, озер и т.п., на заболоченных участках, на насыпных грунтах, на свалках мусора и отходов, в акваториях различного рода отстойников, в том числе химических и радиоактивных, в сейсмоопасных районах.
Для скальных, обломочных грунтов и льда используют винтовые инъекционные сваи-анкера с винтовой лопастью 3 в виде навивки. При их установке сначала бурят первичную скважину, равную диаметру оболочки 1. Далее осуществляют монтаж винтовой инъекционной сваи-анкера по технологии, описанной выше.
Винтовые инъекционные сваи-анкера могут быть закручены (погружены) в грунт на ту же глубину, что и другие существующие типы свай, но в этом нет необходимости, так как они показали свою высокую эффективность даже при неглубоком их погружении в грунт. Обычно винтовые инъекционные сваи-анкера закручивают в грунт на небольшую глубину (не более 2 м), достаточно завернуть винтовую лопасть на 10 см ниже глубины промерзания грунта в данном регионе. Винтовые инъекционные сваи-анкера не нужно закручивать в грунт «на отказ», т.е. до предельного момента сопротивления грунта заворачиванию сваи (как винтовые сваи).
Несущая способность винтовой инъекционной сваи-анкера регулируется в широком диапазоне и зависит от количества и вида прокачанного в зону винтовой лопасти и оболочки упрочняющего состава, а не от площади винтовой лопасти и удерживающей способности грунта в области винтовой лопасти (как у винтовых свай).
Выполнение винтовой инъекционной сваи-анкера со съемными элементами способствует упрощению производства и монтажа, снижению себестоимости.
Винтовые инъекционные сваи-анкера сочетают в себе преимущества трех различных видов свай:
- от буронабивных свай - дешевая конструкция;
- от винтовых свай - заворачивается как винтовая свая, но с меньшим крутящим моментом, т.е. не нужно бурить скважину (за исключением грунтов, находящихся в зонах вечной мерзлоты, льдах);
- от инъекционных свай - повышение в разы несущей способности грунтов, прилегающих к свае.
Таким образом, предложенная конструкция винтовой инъекционной сваи-анкера обеспечивает увеличение несущей способности, расширение области применения, упрощение производства и монтажа.