ВИНТОВАЯ СВАЯ

Описание полезной модели:
Полезная модель относится к строительству, в частности к конструкциям свай для многолетнемерзлых грунтов и может быть использована в качестве фундамента для опор промышленных зданий и сооружений, вышек сотовой связи, опор линий электропередач и контактной сети электрифицированных железных дорог, и других конструкций.
н
c
Известна винтовая свая, описанная в ТУ 5264-006-05773342-2007 «Сваи стальные винтовые», дата введения с 03.12.2007, с.3, 5-8, рис.2, включающая ствол, выполненный из металлической трубы, и соединенный с ним сваркой стальной литой полый наконечник с наружной винтовой лопастью и торцевым зубчатым венцом, причем нижний конец наконечника выполнен снаружи цилиндрическим, имеющим диаметр D равный диаметру ствола D.
Недостатком известной сваи является значительный крутящий момент, необходимый для завинчивания винтовой сваи в грунт.
Вышеописанная винтовая свая близка по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели и выбирается в качестве прототипа.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции винтовой сваи, лишенной отмеченного выше недостатка, характеризующейся повышением производительности процесса погружения сваи, за счет сведенного к минимуму необходимого крутящего момента.
н
c
н
c
Для достижения указанного технического результата предлагается винтовая свая, состоящая из ствола, выполненного из металлической трубы, и соединенного с ним сваркой стального литого полого наконечника с наружной винтовой лопастью и нижним концом наконечника, имеющим наружную цилиндрическую поверхность и торцевой зубчатый венец особенностью которой, отличающей ее от прототипа, является то, что диаметр наружной цилиндрической поверхности нижнего конца наконечника D составляет (1,02-1,05) диаметра ствола D, в пределах высоты зубчатого венца. Благодаря тому, что диаметр D нижнего конца наконечника немного больше, чем диаметр ствола D, в пределах высоты зубчатого венца, нижний конец наконечника обеспечивает расширение диаметра лидерной скважины в процессе погружения сваи в грунт. Это приводит к уменьшению сил сцепления боковой цилиндрической поверхности сваи с грунтом, существенно уменьшая необходимый крутящий момент.
2
c
л
2
л
c
Существенным признаком заявляемой винтовой сваи является трапецеидальная форма профиля поперечного сечения винтовой лопасти, расширяющаяся по толщине от периферии к основанию винтовой лопасти. Предлагаемая винтовая свая, имеет винтовую лопасть, толщина поперечного сечения которой линейно увеличивается от периферии к основанию винтовой лопасти, что позволяет равномерно распределить напряжения вдоль по образующей винтовой лопасти. Угол расширения поперечного сечения винтовой лопасти α в зависимости от соотношения диаметра ствола D и диаметра винтовой лопасти D составляет (8-45)°, а ширина винтовой лопасти В равна 0,5(D-D).
1
1
1
1
1
1
Следующим существенным признаком заявляемой винтовой сваи является выполнение заходной части винтовой лопасти, по мере продвижения к началу винтовой лопасти, путем плавного увеличения угла расширения поперечного сечения винтовой лопасти и плавного уменьшения ширины винтовой лопасти. Предлагаемая винтовая свая, имеет заходную часть винтовой лопасти, составляющую 1/4-1/3 витка винтовой лопасти, выполненную, по мере продвижения к началу винтовой лопасти, путем плавного увеличения угла расширения поперечного сечения винтовой лопасти до величины α и плавного уменьшения ширины винтовой лопасти до величины B. Для разных типоразмеров винтовых свай величины α и B принимают равными: α=(15-80)° и B=(3-15) мм. Таким образом, предлагаемая винтовая свая имеет винтовую лопасть, конструкция которой приводит к плавному раздвиганию грунта лопастью, при ввинчивании сваи в грунт.
Дополнительным существенным признаком заявляемой винтовой сваи является соединение винтовой лопасти и наружной цилиндрической поверхности литого наконечника с помощью радиуса сопряжения R. Это обеспечивает наилучшую конфигурацию в зоне у основания винтовой лопасти, работающей одновременно на срез и изгиб. Для разных типоразмеров винтовых свай величина радиуса сопряжения R равна (5-15)мм.
Еще одним существенным признаком заявляемой винтовой сваи является центрально-симметричная, трапецеидальнообразная форма каждого зуба торцевого зубчатого венца. Данная конструктивная особенность предложенной сваи, при минимальных затратах на изготовление модельной оснастки, позволяет выполнить цикл резания, в случае необходимости, при ввинчивании сваи в грунт. Центрально-симметричная, трапецеидальнообразная форма каждого зуба ограничивается наружной цилиндрической, внутренней конической и плоской торцевой поверхностями цилиндрического наконечника, а также наклонными боковыми плоскостями, пересекающимися по линии, проходящей через продольную ось симметрии винтовой сваи в общей точке так, чтобы передний угол резания каждого зуба находился в пределах (0-10)°.
Для разных типоразмеров винтовых свай геометрические параметры каждого зуба по наружной цилиндрической поверхности наконечника составляют:
- ширина зуба С=(3-10) мм;
- высота зуба Н=(12-60) мм;
3
- угол раскрытия трапецеидальнообразной формы зуба α=(45-120)°.
1
В основании каждого зуба вышеуказанные наклонные боковые плоскости переходят d цилиндрическую поверхность с радиусом сопряжения R равным (5-15) мм.
Следующим существенным признаком заявляемой винтовой сваи является возможность выполнения механической обработки ручной шлифмашинкой наружной цилиндрической поверхности литого наконечника, в зоне у торцевого зубчатого венца, свободной от винтовой лопасти, для получения шероховатости поверхности Ra 6,3…Ra 12,5, с целью уменьшения сил сопротивления в процессе ввинчивания сваи в плотный грунт.
Дополнительным существенным признаком заявляемой винтовой сваи является возможность выполнения механической обработки на токарном станке наружной цилиндрической поверхности литого наконечника, в зоне у торцевого зубчатого венца, свободной от винтовой лопасти, для получения геометрически точной поверхности шероховатостью Ra 3,2…Ra 6,3. Механическая обработка на токарном станке литого наконечника в вышеуказанной зоне обеспечивает существенное снижение сил. сопротивления и плавное ввинчивание сваи в плотный грунт.
Ниже описан один из конкретных примеров реализации предлагаемой полезной модели.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - главный вид винтовой сваи;
на фиг.2 - вид снизу;
на фиг.3 - вид А;
на фиг.4 - сечение Б-Б.
c
л
л
2
1
1
1
Винтовая свая содержит полый цилиндрический ствол 1, диаметр D которого равен в данном конкретном примере 219 мм и соединенный с ним сваркой, отлитый из стали полый наконечник 2 с наружной винтовой лопастью 3 и торцевым зубчатым венцом. Наибольший диаметр винтовой лопасти D, равен 290 мм. Диаметр наружной цилиндрической поверхности нижнего конца наконечника D равен в данном конкретном примере 225 мм, в пределах высоты зубчатого венца. Профиль поперечного сечения винтовой лопасти имеет трапецеидальную форму 4, расширяющуюся по толщине от периферии к основанию винтовой лопасти. Угол расширения поперечного сечения винтовой лопасти α равен 28°. Ширина винтовой лопасти В равна 35,5 мм. Заходная часть винтовой лопасти 5, по мере продвижения к началу винтовой лопасти, выполнена с плавным увеличением угла расширения ее поперечного сечения до величины α равной 58°, при плавном уменьшении ширины винтовой лопасти до величины B равной 5,5 мм. Винтовая лопасть соединена с наружной цилиндрической поверхностью литого наконечника с помощью радиуса сопряжения R равного 10 мм. Зубья торцевого зубчатого венца 6 имеют центрально-симметричную, трапецеидальнообразную форму. В данном конкретном примере геометрические параметры каждого зуба по наружной цилиндрической поверхности наконечника составляют:
- ширина зуба С=5 мм;
- высота зуба Н=27 мм;
3
- угол раскрытия трапецеидальной формы зуба α=80°.
1
В основании каждого зуба плоская боковая грань переходит в цилиндрическую поверхность с радиусом сопряжения R равным 10 мм.
Наружная цилиндрическая поверхность литого наконечника, в зоне у торцевого зубчатого венца, свободной от винтовой лопасти в зависимости от типа исполнения может быть:
- механически необработана;
- механически обработана ручной шлифмашинкой для получения шероховатости поверхности Ra 6,3…Ra 12,5;
- механически обработана на токарном станке для получения геометрически точной поверхности шероховатостью Ra 3,2…Ra 6,3.
Погружение винтовой сваи осуществляется следующим образом.
Винтовая свая устанавливается в лидерную скважину. В результате ее вращения при помощи специальной машины крутящий момент от полого цилиндрического ствола 1 передается на отлитый из стали полый наконечник 2. Нижний конец наконечника обеспечивает расширение диаметра лидерной скважины в процессе погружения сваи в грунт, что существенно уменьшает силы сцепления боковой цилиндрической поверхности сваи с грунтом и, соответственно, снижает необходимый крутящий момент. Заходная часть винтовой лопасти 5, выполненная с переменным углом расширения ее поперечного сечения и переменной шириной винтовой лопасти, позволяет равномерно распределить напряжения по поперечному сечению и длине винтовой лопасти в начале процесса ввинчивания сваи в грунт. В случае необходимости, зубья торцевого зубчатого венца 6, имеющие центрально-симметричную, трапецеидальнообразную форму, позволяют выполнить цикл резания. После полного ввинчивания полого наконечника 2 в грунт существенно увеличивается нагрузка на винтовую лопасть 3. Наличие профиля поперечного сечения винтовой лопасти трапецеидальной формы 4 и радиуса сопряжения R дает возможность равномерно перераспределить напряжения по поперечному сечению и длине винтовой лопасти.
Таким образом, предлагаемая винтовая свая, имеющая описанную выше конструкцию, обеспечивает в отличие от прототипа повышенную производительность процесса погружения сваи, за счет сведенного к минимуму необходимого крутящего момента и равномерно напряженную конструкцию винтовой сваи по поперечному сечению и длине винтовой лопасти.
Заявляемое решение разработано, изготовлено и успешно испытано в ООО «Облик». Положительные результаты полевых испытаний подтвердили работоспособность предложенной винтовой сваи и широкие возможности ее практического применения.