ТРУБНО-СТОЛБОВАЯ СВАЙНАЯ ОПОРА

Предлагаемое техническое решение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при обустройстве мелководных участков акватории, в частности, при строительстве причалов, пирсов, мостов и других гидротехнических сооружений в прибрежных водах на глубинах до 2-2,5 метров.
Известно железобетонное свайное основание по заявке CN №101929149. Свайное основание состоит из группы свай и верхней монолитной части, представляющей собой блок перекрытия. Группа свай выполнена из железных труб, заполняемых в дальнейшем бетоном, или из бетонных свай, смонтированных в прямоугольную упорядоченную структуру. Блок перекрытия состоит из несущей платформы, балки, поддерживающей указанный блок, поперечной балки верхнего строения (балочная ферма, прогон) и продольной балки.
Данная конструкция предназначена для размещения установки нефтяного бурения на мелководье, и хотя имеет конструкцию, предполагающую равномерное распределение нагрузки по всей площади блока перекрытия, она не обладает несущей способностью, достаточной для данного использования. Кроме того, в данном техническом решении не рассматривается вопрос повышения технологичности изготовления свайного основания.
Известен свайный фундамент (а.с. СССР №1596023), который состоит из вертикальных и наклонных свай, объединенных ростверком, и верхнего опорного элемента. Вертикальные сваи размещены в крайнем со стороны действия горизонтальной нагрузки ряду. Наклонные сваи размещены в остальных рядах и установлены с наклоном в одну сторону к ряду вертикальных свай. При этом по мере удаления от ряда вертикальных свай в каждом следующем ряду увеличен угол наклона наклонных свай. По мнению авторов, техническое решение позволяет исключить неравномерное нагружение свай при действии направленной в одну сторону горизонтальной нагрузки.
Недостатками известного решения являются высокая сложность, трудоемкость и длительность изготовления описанной конструкции. Кроме того, конструкция обладает недостаточной прочностью и невысокой несущей способностью, поскольку используются одиночные сваи, не взаимодействующие друг с другом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является свая (патент РФ №114467), которая конструктивно представляет собой, по сути, свайную опору и содержит верхнюю монолитную часть и нижнюю часть, простирающуюся вниз от верхней части. Нижняя часть образована параллельно расположенными продольными элементами, монолитно соединенными с верхней частью. Продольные элементы расположены на расстоянии друг от друга и связаны между собой, по меньшей мере, одним жестким стержнем.
Данная конструкция достаточно проста. Однако, ей свойственен ряд недостатков. При простоте конструкции техническое решение обладает невысокой прочностью из-за наличия расстояния между продольными элементами сваи. И хотя данные элементы связаны между собой одним или несколькими жесткими стержнями, такого крепления может оказаться недостаточно: при монтаже (например, в процессе забивки), а также в процессе дальнейшей эксплуатации под воздействием внешних условий (например, под действием ледяных масс) может произойти перекос соединенных между собой элементов, что приведет к нарушению жесткости нижней части и, как результат, к нарушению прочности и к снижению несущей способности всей свайной опоры. Кроме того, недостатком является повышенная трудоемкость и длительность изготовления сваи, связанная с использованием жестких стержней, используемых для соединения каждой пары продольных элементов нижней части друг с другом.
Это техническое решение содержит наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели, и является наиболее близким по технической сущности.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в создании новой трубно-столбовой свайной опоры, позволяющей расширить арсенал видов свайных опор.
Технический результат, достигаемый при решении задачи, заключается в повышении технологичности конструкции свайной опоры с одновременным повышением ее прочности и несущей способности, а также снижении трудоемкости при изготовлении свайной опоры и при возведении гидротехнического сооружения с использованием предлагаемой конструкции.
Поставленная задача и достижение технического результата обеспечивается за счет того, что в отличие от известной свайной опоры, содержащей верхнюю монолитную часть и нижнюю часть, простирающуюся вниз от верхней части, в которой при этом нижняя часть образована, по меньшей мере, двумя параллельно расположенными продольными элементами, монолитно соединенными с верхней частью, согласно предлагаемой настоящей полезной модели, каждый продольный элемент представляет собой трубно-столбовую опалубку, выполненную в виде набора из, по меньшей мере, трех полых элементов; в каждом из указанных полых элементов под разными углами к его горизонтальной поверхности размещены сваи, при этом полые элементы в наборе установлены вплотную друг к другу, скреплены между собой и собраны в конструкцию, форма горизонтального сечения которой определена исходя из условий ее эксплуатации.
Возможен вариант, когда каждый продольный элемент имеет треугольное горизонтальное сечение.
Возможен вариант, когда каждый продольный элемент имеет прямоугольное горизонтальное сечение.
Кроме того, каждый полый элемент трубно-столбовой опалубки выполнен из металлической или полимерной тары.
Кроме того, каждый полый элемент трубно-столбовой опалубки выполнен составным из, по меньшей мере, двух секций, при этом смежные секции соединены встык с обеспечением герметичности стыкового соединения.
Возможен вариант, когда каждая свая выполнена из металлопроката.
Наличие отличительных признаков, а именно, что каждый продольный элемент представляет собой трубно-столбовую опалубку, выполненную в виде набора из, по меньшей мере, трех полых элементов и в каждом полом элементе под разными углами к горизонтальной поверхности указанного элемента размещены сваи, причем эти полые элементы в наборе установлены вплотную друг к другу, скреплены между собой и собраны в конструкцию, форма горизонтального сечения которой определена исходя из условий ее эксплуатации - свидетельствует о соответствии технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Заявленная совокупность признаков позволяет повысить технологичность конструкции свайной опоры с одновременным повышением прочности и несущей способности.
Сущность технического решения поясняется фиг.1-5, где позициями обозначены:
1 - трубно-столбовая свайная опора;
2 - верхняя монолитная часть;
3 - нижняя часть;
4 - продольный элемент (трубно-столбовая опалубка);
5 - полый элемент;
6 - свая.
На фиг.1-5 приведены:
фиг.1 - схематично изображен общий вид трубно-столбовой свайной опоры 1;
фиг.2 и фиг.3 - показано сечение вида А-А на фиг.1, возможные варианты расположения полых элементов 5 в продольном элементе 4;
фиг.4 - показано сечение вида Б-Б на фиг.1, продольное сечение одного из полых элементов 5 с размещенными в нем сваями 6;
фиг.5 - дан один из возможных примеров реализации полезной модели.
Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те элементы конструкции, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующее элементы, хорошо известные специалистам в данной области, на чертежах не представлены.
Трубно-столбовая свайная опора 1 (фиг.1) включает верхнюю монолитную часть 2 и нижнюю часть 3, простирающуюся вниз от верхней монолитной части 2. Нижняя часть 3 образована, по меньшей мере, двумя продольными элементами 4, и соединена с верхней монолитной частью 2. Каждый продольный элемент 4 представляет собой, по сути, трубно-столбовую опалубку, выполненную в виде набора полых элементов 5 (фиг 2, фиг.3) и может иметь в горизонтальном сечении вид, например, треугольника (фиг.2), или квадрата (фиг.3). Вид в плане продольного элемента 4 не ограничен перечисленными формами его горизонтального сечения и определен теми или иными условиями эксплуатации трубно-столбовой свайной опоры 1.
Каждый полый элемент 5 (фиг.2 и фиг.3) может быть изготовлен с использованием металлической тары (например, бочки диаметром 0,6 м и высотой 0,9 м), а также тары из полимерных материалов с удалением дна и выполнен составным, из нескольких секций (на чертеже не показано), соединенных встык. Для соединения секций и обеспечения герметичности используют известные технологии соединений (металлические планки, заклепки, полиэтиленовая пленка, герметик). Использование таких материалов ведет к значительному удешевлению конструкции. Полые элементы 5 установлены вплотную друг к другу и соединены между собой с помощью, например, металлической скобы (на чертеже не показано).
В каждом полом элементе 5 (фиг.4) трубно-столбовой опалубки 4 под разными углами к горизонтальной поверхности этого элемента и, соответственно, к поверхности верхней монолитной части 2 размещены сваи 6. Сваи 6 могут быть выполнены из металлопроката.
Трубно-столбовую свайную опору 1 формируют следующим образом.
Полые элементы 5 трубно-столбовой опалубки, обладающие герметичностью от проникновения воды, устанавливают непосредственно на дно водоема, и, благодаря острым кромкам (на чертеже показано условно), погружают в донный грунт. Установленные вплотную друг к другу на дно водоема полые элементы 5 скрепляют между собой, образуя продольный элемент 4, который в плане имеет вид треугольника, квадрата или иное необходимое горизонтальное сечение. В каждый полый элемент 5, под разными углами к его горизонтальной поверхности забивают сваи 6, обеспечивая, таким образом, формирование свайного поля (на чертеже показано условно). Практика использования предлагаемой трубно-столбовой свайной опоры 1 показала достаточность использования 3-4 свай 6 в расчете на один полый элемент 5. Изготовленный таким образом продольный элемент 4, который, по сути, представляет собой трубно-столбовую опалубку, имеет достаточную жесткость и не деформируется при откачке из составляющих его полых элементов 5 воды и дальнейшей заливке бетоном. Наиболее успешно применяемым является продольный элемент 4 с треугольным горизонтальным сечением (Фиг.2), т.к. при его формировании углы «треугольника» определяют таким образом, чтобы они были ориентированы на противостояние ледовым массам, что создает «противоледовый» «ледокольный» эффект и гарантирует ледовую устойчивость трубно-столбовой свайной опоры 1.
Из погруженных в грунт полых элементов 5 откачивают воду, размещают в них сваи 6 и заполняют бетоном, который может быть дополнительно армирован металлической сеткой. Такая трубобетонная свая при опирании на грунт обладает высокой несущей способностью.
Чтобы все полые элементы 5 с размещенными в них сваями 6 работали одновременно, их объединяют верхней монолитной частью 2 (железобетонной плитой или балкой-ростверком).
Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Данное техническое решение позволяет значительно улучшить эксплуатационные качества свайной опоры за счет обеспечения высокой жесткости продольного элемента, представляющего собой трубно-столбовую опалубку и выполненного в соответствии с предлагаемым техническим решением. Данная конструкция трубно-столбовой свайной опоры обеспечивает строгое распределение нагрузки на продольные элементы нижней части конструкции и равномерность осадки, что предполагает надежность использования такой трубно-столбовой свайной опоры.