МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВАЯ

Полезная модель относится к области строительства и предназначена для создания металлических свай, преимущественно для строительства свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах, в районах, где отсутствуют базы строительной индустрии.
Металлические сваи в меньшей степени, чем железобетонные сваи, подвержены различным механическим повреждениям при погрузке на транспортные средства, транспортировке, разгрузке с транспортных средств и складировании, при этом масса металлической сваи значительно меньше массы железобетонной сваи такой же длины, поэтому металлические сваи стали использовать в отдаленных северных районах при сооружении оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах (М.А.Минкин «Основания и фундаменты сооружений на вечномерзлых грунтах». Учебное пособие. Москва, 2005, с.123).
Нагрузка от свай на грунты оснований передается как боковой поверхностью за счет смерзания с вечномерзлыми грунтами, так и торцом, причем основную часть (80÷95%) нагрузки сваи передают грунтам оснований боковой поверхностью (Ю.О.Таргулян «Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах». Ленинград, Стройиздат, Ленинградское отделение, 1978, с.4).
Повышение несущей способности свай и уменьшение требуемой глубины заложения свай в вечномерзлых грунтах может быть достигнуто увеличением площади ее боковой поверхности, например, приваренными к свае ребрами в виде поперечных колец (А.С.Герасимов «Фундаменты легких зданий на вечномерзлых грунтах». Ленинград, Стройиздат, Ленинградское отделение, 1984, с.118. рис.3.30). Устройство таких поперечных колец на металлических сваях весьма широко применяется в практике строительства на вечномерзлых грунтах в США на Аляске (Ю.О.Таргулян «Устройство
свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах». Ленинград, Стройиздат, Ленинградское отделение, 1978, с.100-101).
Такие сваи обладают большой несущей способностью, однако весьма трудоемки в изготовлении и приводят к нерациональному расходу металла при изготовлении колец. Для обеспечения высокой несущей способности сваи кольца должны быть расположены близко к поверхности скважины, что усложняет заполнение затрубного пространства растворами или грунтом.
Также известна металлическая свая Н-образного профиля в поперечном сечении, к продольным поверхностям которой для увеличения общей площади ее боковой поверхности приварены вертикальные продольные элементы из металлического проката (патент США №3796056, МПК E02D 5/22, опубликованный 12.03.1974).
Недостаток этой известной металлической сваи состоит в нерационально большом расходе металла на изготовление вертикальных продольных элементов по сравнению с незначительным увеличением за счет них общей площади боковой поверхности сваи.
Наиболее близким аналогом предлагаемой металлической сваи является известная металлическая свая, содержащая металлический вертикальный ствол и жестко закрепленные на нем вертикальные продольные элементы из металлического проката, разделяющие в пределах своего расположения пространство между внешней поверхностью ствола и внутренней поверхностью скважины на незамкнутые вертикальные полости, продольная ось которых параллельна оси ствола (патент РФ на полезную модель №52412, МПК E02D 5/22, опубликованный 27.03.2006).
Эта известная металлическая свая обладает повышенной несущей способностью и уменьшенной требуемой глубиной ее заложения благодаря увеличенной за счет вертикальных продольных элементов из металлического проката площади боковой поверхности сваи.
Однако недостаток этой известной металлической сваи заключается в том, что в ее конструкции не исчерпаны все резервы повышения ее несущей
способности и уменьшения требуемой глубины ее заложения, поскольку нижние края вертикальных продольных элементов из металлического проката выполнены скошенными, а нижний торец ствола сваи - заостренным. Этот недостаток известной металлической сваи может быть устранен путем максимального расширения ее торцевой части.
Задачей настоящей полезной модели является повышение несущей способности металлической сваи и уменьшение требуемой глубины ее заложения путем максимального расширения ее торцевой части.
Решение поставленной задачи достигается тем, что металлическая свая, преимущественно для строительства свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах, содержащая металлический вертикальный ствол и жестко закрепленные на нем вертикальные продольные элементы из металлического проката, разделяющие в пределах своего расположения пространство между внешней поверхностью ствола и внутренней поверхностью скважины на незамкнутые вертикальные полости, продольная ось которых параллельна оси ствола, согласно полезной модели, снабжена проходящим в скважину горизонтальным опорным элементом из металлического проката, расположенным перпендикулярно оси ствола и жестко прикрепленным к нижнему концу ствола.
В частных случаях осуществления данной полезной модели:
- продольные элементы примыкают к опорному элементу и жестко прикреплены к нему;
- опорный элемент снабжен металлическими вертикальными ребрами жесткости, размещенными на верхней поверхности опорного элемента радиально относительно продольной оси ствола и жестко прикрепленными к стволу и опорному элементу, а продольные элементы закреплены на стволе выше ребер жесткости опорного элемента;
- на стволе закреплены дополнительные вертикальные продольные элементы из металлического проката, расположенные над основными продольными элементами, по меньшей мере, одним дополнительным ярусом,
причем незамкнутые вертикальные полости, образованные в пространстве между внешней поверхностью ствола и внутренней поверхностью скважины дополнительными продольными элементами во всех дополнительных ярусах по вертикали соосны соответствующим вертикальным полостям, образованным в названном пространстве основными продольными элементами;
- ствол выполнен в виде трубы;
- труба выполнена герметичной, снабжена конденсатором и заполнена хладагентом;
- соседние продольные элементы по вертикали дискретно соединены между собой пластинами, боковые поверхности которых параллельны оси ствола;
- опорный элемент выполнен из металлического листа, швеллеров, двутавров или другого металлического проката;
- опорный элемент в плане выполнен в виде круга, или кольца, или квадрата, или прямоугольника, или многоугольника;
- поверхности сваи защищены антикоррозийным покрытием;
- свая изготовлена из некорродирующих металлов или сплавов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана металлическая свая, у которой жестко закрепленные на стволе вертикальные продольные элементы из металлического проката примыкают к опорному элементу и жестко прикреплены к нему; на фиг.2-металлическая свая, у которой опорный элемент снабжен металлическими вертикальными ребрами жесткости, размещенными на верхней поверхности опорного элемента радиально относительно продольной оси ствола и жестко прикрепленными к стволу и опорному элементу, а продольные элементы закреплены на стволе выше ребер жесткости опорного элемента; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1 и фиг.2 при выполнении вертикальных продольных элементов из полутруб; на фиг.4 - разрез Б - Б на фиг.2.
Металлическая свая, преимущественно для строительства свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах содержит металлический вертикальный ствол 1 и жестко закрепленные на нем вертикальные продольные элементы 2 из металлического проката, разделяющие в пределах своего расположения пространство 3 между внешней поверхностью ствола 1 и внутренней поверхностью скважины 4 на незамкнутые вертикальные полости 5, продольная ось которых параллельна оси ствола 1. Свая снабжена проходящим в скважину 4 горизонтальным опорным элементом 6 из металлического проката, расположенным перпендикулярно оси ствола 1 и жестко прикрепленным к нижнему концу ствола 1.
Вертикальные продольные элементы 2 в большинстве случаев короче ствола 1 сваи и могут быть выполнены из любого металлического проката: из широкополосного или листового проката, швеллеров, двутавров, полутруб или другого металлического проката при условии, чтобы при жестком соединении со стволом 1 продольные элементы 2 совместно с последним не образовывали в поперечном сечении сваи замкнутых контуров, т.е. чтобы вертикальные продольные элементы 2 из металлического проката всегда разделяли в пределах своего расположения пространство 3 между внешней поверхностью ствола 1 и внутренней поверхностью скважины 4 на незамкнутые вертикальные полости 5, продольная ось которых параллельна оси ствола 1.
Все полости 5 и пространство 3 между внешней поверхностью ствола 1 и внутренней поверхностью скважины 4 заполнены раствором (грунтовым, песчано-известковым или цементным) или влажным грунтом, которые при отрицательных температурах переходят в мерзлое состояние и объединяют сваю с вечномерзлым основанием. Нагрузка от сваи на основание передается как боковой поверхностью сваи за счет смерзания с вечномерзлыми грунтами, так и горизонтальным опорным элементом 6, поэтому необходимую несущую способность сваи можно обеспечить при уменьшенных ее длине и глубине погружения.
В случае, показанном на фиг.1, продольные элементы 2 примыкают к опорному элементу 6 и жестко прикреплены к нему, т.е. в данном случае продольные элементы 2 являются ребрами жесткости опорного элемента 6.
В случае, показанном на фиг.2, опорный элемент 6 снабжен металлическими вертикальными ребрами жесткости 7, размещенными на верхней поверхности опорного элемента 6 радиально относительно продольной оси ствола 1 и жестко прикрепленными к стволу 1 и опорному элементу 6, а продольные элементы 2 закреплены на стволе 1 выше ребер жесткости 7 опорного элемента 6.
В случае, показанном на фиг.3, продольные элементы 2 выполнены в виде полутруб и имеют поперечное сечение открытого профиля в виде полуокружности. Смерзание с заполняющим скважину 4 раствором или грунтом у такого продольного элемента 2 происходит по его внутренней и наружной поверхностям. Поэтому поверхность смерзания одного метра продольного элемента 2, выполненного в виде полутрубы, практически равна поверхности смерзания одного метра ствола 1, изготовленного из целой трубы такого же диаметра. Таким образом, один погонный метр сваи с поперечным сечением, показанным на фиг.3, где изображен ствол 1 с приваренными к нему четырьмя продольными элементами 2, выполненными в виде полутруб, по поверхности (и силе) смерзания с вечномерзлым грунтом эквивалентен пяти погонным метрам сваи со стволом 1 такого же диаметра, но без продольных элементов 2. Если при этом учесть нагрузку, передаваемую на основание опорным элементом 6, то необходимую несущую способность свайного фундамента можно обеспечить при предельно малых длине и глубине погружения свай.
На стволе 1 могут быть закреплены дополнительные вертикальные продольные элементы 2 из металлического проката, расположенные над основными продольными элементами 2, по меньшей мере, одним дополнительным ярусом. В этом случае незамкнутые вертикальные полости 5, образованные в пространстве 3 между внешней поверхностью
ствола 1 и внутренней поверхностью скважины 4 дополнительными продольными элементами 2 во всех дополнительных ярусах должны быть по вертикали соосны соответствующим вертикальным полостям 5, образованным в пространстве 3 основными продольными элементами 2, для упрощения заполнения полостей 5 и пространства 3 между внешней поверхностью ствола 1 и внутренней поверхностью скважины 4 раствором или влажным грунтом.
Ствол 1 сваи предпочтительно выполнен в виде трубы, а труба может быть выполнена герметичной, снабжена конденсатором (на чертежах не показан) и заполнена хладагентом. В этом случае свая одновременно будет являться охлажающим устройством. Однако возможно изготовление ствола 1 сваи и из другого металлопроката.
Соседние продольные элементы 2 могут быть по вертикали дискретно соединены между собой пластинами (на чертежах не показаны), боковые поверхности которых параллельны оси ствола 1. Пластины могут быть расположены как горизонтально, так и вертикально. Параметры полостей 5 и расположения пластин назначают так, чтобы без затруднения заполнять полости 5 и пространство 3 раствором или влажным грунтом с использованием типового набора оборудования.
Опорный элемент 6 может быть выполнен из металлического листа, швеллеров, двутавров или другого металлического проката.
Опорный элемент 6 в плане может быть выполнен в виде круга, или кольца, или квадрата, или прямоугольника, или многоугольника.
Поверхности сваи могут быть защищены антикоррозийным покрытием.
А также свая может быть изготовлена из некорродирующих металлов или сплавов.
Для снижения температуры мерзлого грунта и повышения несущей способности сваи рядом с данной металлической сваей в скважине 4 может быть установлено охлаждающее устройство (на чертежах не показано).