ВИНТОВАЯ СВАЯ

Полезная модель относится к строительству, в частности, к сооружению свайных фундаментов, и может быть использована для строительства малоэтажных домов, бань, террас, теплиц, ангаров, трубопроводов, рекламных конструкций, дорожных знаков и указателей, опор линий освещения и связи, садово-парковой мебели, заборов и ограждений и т.п..
Известна винтовая свая, которая содержит ствол с полым наконечником, поверхности которого снабжена винтовой лопастью, а в нижней части выполнена коническая воронка, продольная ось симметрии которой совпадает с продольной осью симметрии сваи. Коническая воронка выполнена с возможностью ее вдавливания в полость наконечника при погружении сваи в грунт (см. RU №71668, E02B 5/56, 2008 г.).
Недостаток этого решения - возможность его использования только в слабых, например, болотистых грунтах, поскольку сильно развитая по площади винтовая лопасть не позволит «вкрутить» сваю в плотный грунт, кроме того, внутренняя полость сваи открыта в окружающую среду, что способно привести к интенсивной коррозии внутреннего пространства или потребует нанесение защитного покрытия на внутреннюю полость трубы.
Известна также винтовая свая, включающая цилиндрический ствол, снабженный коническим наконечником внешняя поверхность которого снабжена спиралью (см. RU №109161 E02D 5/56, 2010 г.). При этом цилиндрический ствол сваи выполнен длиной от 1500 мм до 3000 мм, наконечник со спиралью выполнен длиной от 500 мм до 1000 мм, а сама спираль выполнена с шагом витков 35-40 мм и шириной лопасти спирали 10 мм.
Недостаток этого решения проявляется при необходимости фиксации элементов сравнительно ограниченных размеров, когда не требуется очень высокая несущая способность конструкции, например, при использовании винтовой сваи для фиксации столбиков оград, при огораживании территории. В этом случае запас длины и наконечника и цилиндрического ствола избыточны и мало того, что приводят к излишней металлоемкости сваи, но и повышают трудоемкость их установки в грунте. Кроме того, площадь поперечного сечения цилиндрического ствола сваи ограничивает диапазон размеров используемого поперечного сечения столбиков и варианты металлического профиля используемого для этого, что ухудшает функциональные возможности сваи.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, выражается в расширении функциональных возможностей сваи, за счет обеспечения возможности ее использования при формировании ограждений с обеспечением возможности варьирования размеров поперечного сечения столбиков в существенных пределах.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи выражается в обеспечении возможности надежной фиксации сваи при широком диапазоне варьирования размеров поперечного сечения столбиков, закрепляемых в свае, при этом обеспечивается снижение металлоемкости сваи и трудоемкости ее установки в грунте и снижение ее себестоимости.
Для решения поставленной задачи винтовая свая, включающая цилиндрический полый ствол, выполненный с возможностью фиксации в нем конструкционного элемента, снабженный коническим полым наконечником, внешняя поверхность которого снабжена спиралью, отличается тем, что наконечник со спиралью выполнен длиной от 300 мм до 2000 мм, при этом диаметр цилиндрического ствола сваи превышает диаметр обращенного к нему торца конического полого наконечника, при этом названные элементы винтовой сваи жестко скреплены с соответствующими им по размерам поперечного сечения, торцами полой конической вставки. Кроме того, общая длина сваи составляет от 800 мм до 2500 мм. Кроме того, спираль выполнена с шагом 40-100 мм и шириной лопасти спирали 10-40 мм. Кроме того, конец наконечника выполнен в виде конуса с заострением 45-60°. Кроме того, спираль дополнительно выполнена на внешней поверхности конической вставки и/или цилиндрического полого ствола.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивают решение технической задачи, а именно обеспечивают возможность в расширении функциональных возможностей сваи, за счет обеспечения возможности ее адаптации к использованию в грунтах существенно варьирующих характеристик.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами где на фиг 1 представлен продольный разрез винтовой сваи до установки в грунте; на фиг. 2 представлен продольный разрез винтовой сваи после ее установки в грунте.
Винтовая свая включает цилиндрический ствол 1, конический наконечник 2 со спиралью 3 и коническую вставку 4, которые выполняются полыми.
Кроме того, на чертежах показаны конструкционный элемент 5,вставляемый в полость сваи, гайки 6, болты 7 и конец 8 наконечника 2.
Диаметр цилиндрического ствола 1 сваи составляет 90-168 мм и превышает диаметр обращенного к нему торца конического полого наконечника (например, если наконечник выполнен из трубчатой заготовки диаметром 66-76 мм, то диаметр цилиндрического ствола 1 составляет 120 мм, а если наконечник выполнен из трубчатой заготовки диаметром 90 мм, то диаметр цилиндрического ствола 1 составляет 168 мм. Цилиндрический ствол 1 и конический наконечник 2 жестко скреплены с соответствующими им по размерам поперечного сечения, торцами полой конической вставки. Цилиндрический ствол 1 и конический наконечник 2 выполнены по всей длине с постоянным значением толщины стенок. Общая длина сваи варьирует от 800 мм до 2500 мм, при этом, наконечник 2 может быть выполнен длиной от 300 мм до 2000 мм. Длина наконечника выбирается в зависимости от укрепляемой конструкции в соответствии с требованиями надежности крепления в эксплуатации. Конец наконечника 2 выполнен в виде конуса с заострением 45-60°, что снижает трудоемкость погружения сваи в грунт.
Спираль 3 выполнена с шагом 40-100 мм, предпочтительно 41-60 мм и шириной лопасти спирали не менее 15 мм (предпочтительно, 15-20 мм), при толщине порядка 2 мм.
Возможно выполнение сваи когда, спираль дополнительно продолжена на внешней поверхности конической вставки 4 (длина которой составляет 10-15 см) и даже, на части поверхности цилиндрического ствола 1 сваи.
Для крепления конструкционного элемента 5 в винтовой свае использованы известные средства крепления. Например, в стенках цилиндрического ствола 1 сваи прорезают отверстия (на чертежах не показаны) и приваривают гайки 6 (фиг. 1) для размещения болтов 7. Конструкционный элемент 5, вставляемый в полость сваи, например, трубчатый шток прямоугольного или круглого сечения скрепляется со сваей с помощью болтов 7.
При проведении расчетов и экспериментальных работ заявителем были сделаны выводы, что предложенный типоразмерный ряд свай обеспечивает надежную установку столбиков изгороди на различных почвах.
Надежность (несущая способность) свай, как элементов изгороди зависит от ряда факторов, которые учитываются при выборе типоразмера винтовых свай и глубины погружения свай, в частности от общей массы изгороди как суммы всех нагрузок, действующих на изгородь в зависимости от ее назначения и области расположения, прочностных и деформационных характеристик грунтов и других факторов.
В табл. 1 приведены характеристики заявляемых винтовых свай, в т.ч. статические нагрузки с коэффициентами безопасности согласно DIN 1054 и DIN 18800, при этом обозначены:
- MRd (металл) - изгибающий момент силы, необходимый для деформации стального корпуса винтовой сваи;
- MRd (почва) - изгибающий момент силы, необходимый для смещения закрученной в грунт винтовой сваи от вертикальной оси и рассчитанный по максимальной горизонтальной (боковой) нагрузке;
- FRd,c - максимальная сжимающая (давящая вниз) нагрузка;
- FRd,t - максимальная выдергивающая (тянущая вверх) нагрузка;
- FRd,h - максимальная горизонтальная (боковая) нагрузка.
Таблица 1
Типоразмер сваи(диаметр наконечника × длина ствола, мм)
диаметр × толщина стенок, мм
M<sub>Rd</sub>(металл)  (kNm)
M<sub>Rd</sub> (почва) (kNm)
F<sub>Rd</sub>,<sub>с</sub>  (вниз) (kN)
F<sub>Rd,t</sub> (вверх) (kN)
F<sub>Rd,h</sub> (бок) (kN)
WBG 76×30×500
76,1×2,0
1,834
0,358
3,0
2,0
0,75
WBG 76×40×500
76,1×2,0
1,834
0,517
3,50
2,25
1,0
WBG 76×50×500
76,1×2,0
1,834
0,647
3,50
2,50
1,25
WBG 90×30×500
88,9×3,0
3,670
1,194
8,5
4,9
2,1
WBG 90×40×500
88,9×3,0
3,670
1,506
12,5
6,5
3,0
WBG 790×50×500
88,9×3,0
3,670
1,973
15,0
8,6
3,8
WBG 790×50×l000
88,9×4,0
4,729
2,846
18,50
11,50
5,50
Данные расчетные значения нагрузок действительны для природных плотных сухих глинистых почв и были получены при статических полевых испытаниях с применением уменьшающих коэффициентов 1,85 и 2.
Выполнение снабженного спиралью наконечника сваи длиной от 300 до 2000 мм с шагом спирали 41-55 мм и шириной лопасти спирали не менее 15 мм является оптимальным для обеспечения высокой несущей способности столбиков изгороди, в широком диапазоне несущих характеристик грунта которая обусловлена тем, что при погружении в грунт наконечника межвитковые промежутки грунта не разрыхляются, а наоборот - уплотняются спиралью винтовой сваи, увеличивая надежность фиксации, особенно для сложных грунтов.
Малая площадь соприкосновения с грунтом (конец 4 наконечника 2 выполнен в виде конуса с заострением 45-60°) и наличие спирали с предложенными геометрическими размерами не создают критического давления даже на мягкие торфяные и песчаные грунты и не позволяют столбику изгороди двигаться даже при глубоком промерзании грунта и одновременно уменьшают трудоемкость ее погружения в грунт. Время установки занимает всего несколько минут.
Заявляемая винтовая свая устанавливается строго вертикально при помощи известных подручных средств или машин (на чертежах не показаны). Время установки занимает всего несколько минут. При этом площадь соприкосновения предложенного свайного фундамента столбиков с грунтом по сравнению с обычными фундаментами незначительна, благодаря чему такая изгородь значительно менее подвержена разного рода подвижкам, сезонным колебаниям грунта и перекосам.
Для закрепления конструкционного элемента 5 (столбика изгороди) в винтовой свае, его конец вводят в полость сваи до упора в поверхность стенки конической вставки 4, после чего в гайки 6 закручивают болты 7 до контакта их концов со стенками конструкционного элемента 5. Далее на конструкционные элементы 5 известным образом навешивают остальные детали изгороди.
При установке свай в плотных прочных грунтах целесообразно перед погружением сваи разбуривать скважину диаметром 0,5-0,75 от величины внешнего (по кромкам спирали) диаметра сваи и погружать сваю в такую скважину.