СВАЯ С ПРОТИВОПУЧИННОЙ ОБОЛОЧКОЙ ОСПТ "Reline"

Полезная модель относится к области строительства в условиях Крайнего Севера систем нефтегазовых и иных трубопроводов, опор контактных сетей, зданий, сооружений и других объектов инфраструктуры, в частности для производства свай с противопучинным покрытием, широко востребованных в основных территориальных зонах освоения Западной Сибири, Ямала и др.
Фундаменты различных трубопроводов, линий электропередач, малоэтажных зданий и других сооружений деформируются в зимний сезон года вследствие влияния сил морозного пучения грунтов на сваи фундаментов. Вследствие деформации (выпучивания) фундаментов нарушаются нормальные условия эксплуатации сооружений, что часто приводит к их разрушению. Морозное выпучивание фундаментов обусловлено увеличением объема промерзающего вокруг них грунта. Возникающие при этом касательные силы воздействуют на фундамент вдоль боковой поверхности и зависят преимущественно от степени примерзания грунта к сваям фундамента.
Для уменьшения влияния сил морозного пучения грунтов на опоры и фундаменты применяют, в частности, различные противопучинные покрытия в виде обмазки и/или обертки боковой поверхности свай в слое сезонного промерзания-оттаивания грунта.
Известны сваи с противопучинным покрытием, содержащие в слое сезонного промерзания-оттаивания грунта покрытие полимерной пленкой кремнийорганических соединений: жидкостей или эмалей, которые снижают силы примерзания грунта к сваям за счет увеличения водоотталкивающих свойств поверхности. Для различного материала свай применяются различные по составу кремнийорганические соединения. Работы по нанесению указанных противопучинных покрытий проводятся в помещениях с плюсовой температурой окружающего воздуха, кроме того, необходимо наличие вытяжной вентиляции. Поверхности под покрытие должны тщательно очищаться. Противопучинное покрытие наносится в несколько слоев, после чего выдерживается в течение нескольких суток. Долговечность таких пленок составляет 15-25 лет. (Рекомендации по применению кремнийорганических соединений в борьбе с морозным выпучиванием фундаментов. Москва, «Стройиздат», 1974 г., с.с. 4, 9-13).
Недостатками данной конструкции сваи и противопучинного покрытия являются:
- высокая себестоимость и низкая технологичность конструкции вследствие того, что нанесение покрытия непосредственно в полевых условиях требует создание условий с плюсовой температурой окружающего воздуха в течение нескольких суток;
- токсичность и огнеопасность кремнийорганических эмалей требует строгого соблюдения требований пожарной безопасности и промышленной санитарии; работающие с эмалями должны иметь индивидуальные средства защиты;
- малый срок эксплуатации.
Кроме кремнийорганических эмалей для уменьшения влияния сил морозного пучения грунтов на сваи рекомендуется противопучинное покрытие их полимерной пленкой одним из следующих высокомолекулярных соединений: эпоксидно-полиэфирным компаундом К-ПП; эпоксидно-полиэфирным компаундом К-ЭПЭ; эпоксидно-полиамидным компаундом К-ЭПА. («Рекомендации по применению высокомолекулярных соединений в борьбе с морозным выпучиванием фундаментов». Москва, «Стройиздат», 1969 г., с.с. 4-7, 18.)
Недостатками данных конструкций сваи и покрытия являются:
- высокая себестоимость и низкая технологичность конструкции вследствие того, что нанесение покрытия требует создание условий с температурой окружающего воздуха не ниже 10°C в течение 1-10 суток, что, в частности затрудняет и удорожает изготовление сваи непосредственно в полевых условиях;
- вещества для нанесения покрытия токсичны и требуют особых мер предосторожности;
Известны также сваи с противопучинным покрытием, содержащие в слое сезонного промерзания-оттаивания грунта покрытие из пластических смазок, состоящих из жидкого масла, твердого загустителя, присадок и добавок. Состав консистентных смазок огнеопасен. Такая смазка наносится на поверхность сваи с целью снижения примерзания грунта к стенкам сваи и снижения силы трения мерзлого грунта. Для сохранения смазки на поверхности сваи весь период эксплуатации смазанная поверхность сваи выполнена с дополнительным покрытием полиэтиленовой пленкой или поливинилхлоридным пластиком. («Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических эмалей». Москва, НИИОСП, 1980).
Недостатками данных конструкций сваи и покрытия являются:
- сложность, высокая себестоимость и низкая технологичность конструкции вследствие многостадийной технологии нанесения многослойного покрытия на поверхность сваи и дополнительного покрытия пленкой,
- низкое качество покрытия вследствие сложности закрепления пленки на наружной поверхности сваи со смазкой для обеспечения качественного покрытия;
- токсичность и огнеопасность консистентных смазок;
- малый срок эксплуатации.
Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа (пат. РФ №89541), является свая с противопучинным покрытием наружной поверхности в срединной части сваи, отличающаяся тем, что покрытие представляет собой рукав из полимерного термоусадочного материала, жестко закрепленный на свае. В качестве полимерного термоусадочного материала применяют полимерный композитный материал на основе полиолефинов (модифицированный полиэтилен высокой и средней плотности, высокомолекулярный полиэтилен, сэвилен, композиции полиэтилена или сэвилена и других термопластичных полимеров).
Недостатками данного решения является низкое качество закрепления/сцепления противопучинной оболочки на свае вследствие возможности образования микрозазоров между поверхностями сваи и оболочки, в том числе на участках свай, имеющих сварные швы, наличие неровностей или механических отложений, изменяющих диаметр и форму поперечного сечения, что может привести к возникновению очагов коррозии и дальнейшего выхода сваи и противопучинной оболочки из эксплуатации. Также может возникнуть проблема сдвига оболочки из-за попадания влаги в зазоры между поверхностями сваи и оболочки и снижение противопучинных качеств, а может и полного разрушения противопучинной оболочки.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение качества и долговечности сваи.
Техническим результатом предлагаемого решения являются:
- повышение качества сваи за счет исключения вероятности образования зазоров между поверхностями сваи и противопучинной оболочки, что позволит исключить возможность проникновения влаги в пространство между сваей и оболочкой.
- повышение долговечности сваи за счет исключения вероятности образования зазоров между поверхностями сваи и оболочки, что обеспечит плотное прилегание указанных поверхностей и удержание оболочки на поверхности сваи и не позволит сдвинуть оболочку вдоль поверхности сваи за счет касательных сил морозного пучения грунтов в условиях эксплуатации свайного фундамента.
Указанный технический результат достигается тем, что в конструкции сваи с противопучинным покрытием на наружной поверхности в срединной части тела сваи применяют оболочку из полимерного противопучинного модифицированного термоусадочного материала, жестко закрепленную на свае, причем, диаметр оболочки до сборки со сваей как минимум на 10% больше диаметра или размеров поперечного сечения сваи, выполненной с возможностью усадки при нагреве до диаметра на 15-50% меньше диаметра или размеров поперечного сечения покрываемой сваи, в соответствие с настоящей полезной моделью между оболочкой и сваей размещен адгезионный слой.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве противопучинной оболочки применяют полимерный термоусадочный композитный материал на основе полиолефинов (модифицированный полиэтилен высокой и средней плотности, высокомолекулярный полиэтилен, сэвилен, композиции полиэтилена или сэвилена и других термопластичных полимеров).
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве адгезионного слоя применяют термопластичные композиции на основе полимерных и комбинированных полимерно-битумных материалов, например, на основе СЭВА.
Указанный технический результат достигается также тем, что адгезионный слой имеет толщину 0,5-1,5 мм.
Размещение между противопучинной оболочкой и сваей адгезионного слоя позволяет заполнить адгезионным материалом все дефекты поверхности сваи и/или оболочки, в том числе на участках свай, имеющих сварные швы, наличие неровностей и/или механических отложений, что исключает в процессе эксплуатации сваи вероятности образования зазоров между поверхностями сваи и противопучинной оболочки, что, в свою очередь, позволит исключить возможность проникновения влаги в пространство между сваей и оболочкой, повышая таким образом качество сваи с противопучинной оболочкой.
Исключение вероятности образования зазоров между поверхностями сваи и противопучинной оболочки обеспечит также плотное прилегание указанных поверхностей и удержание оболочки на поверхности сваи при возникновении продольных касательных сил морозного пучения грунтов в условиях эксплуатации свайного фундамента, что обеспечит повышение долговечности сваи, за счет исключения сдвига противопучинной оболочки вдоль поверхности сваи в процессе ее эксплуатации.
Применение рукава из модифицированного термопластичного материала для создания противопучинного износостойкого покрытия на наружной поверхности сваи позволяет использовать присущее модифицированным полимерам свойство «памяти формы». Применение рукава со свойством памяти формы, диаметр которого до сборки со сваей как минимум на 10 процентов больше диаметра или размеров поперечного сечения сваи, упрощает способ формирования противопучинного полимерного покрытия на наружной поверхности сваи вследствие обеспечения легкости установки его на свае, в том числе на участках свай, имеющих сварные швы, наличие неровностей или механических отложений, изменяющих диаметр и форму поперечного сечения и т.п. Способность рукава при нагреве плавно уменьшиться в диаметре до размера на 15-50 процентов меньше наружного диаметра или размеров поперечного сечения футеруемой сваи обеспечивает качественное формирование противопучинного покрытия поверхности сваи без складок и без зазоров между рукавом и сваей любой формы.
Применение в качестве полимерного термоусадочного материала композитный материал на основе полиолефинов (модифицированный полиэтилен высокой и средней плотности, высокомолекулярный полиэтилен, сэвилен, композиции полиэтилена или сэвилена и других термопластичных полимеров) позволяет обеспечить свойство «памяти формы» для противопучинной оболочки, в результате которого обеспечивается более плотное прилегание оболочки к поверхности сваи, что в совокупности с адгезионных слоем между поверхностями сваи и оболочки позволит исключить в процессе изготовления и эксплуатации сваи вероятность образования зазоров между поверхностями сваи и оболочки, что, в свою очередь, позволит исключить возможность проникновения влаги в пространство между сваей и оболочкой, повышая таким образом качество сваи с противопучинной оболочкой и ее долговечность.
Применение в качестве адгезионного слоя термопластичных композиций на основе полимерных и комбинированных полимерно-битумных материалов, например, на основе СЭВА обеспечивает заполнение всех неровностей между поверхностями сваи и оболочки за счет свойств этих материалов: высокой текучести в расплавленном состоянии и высокой адгезии к поверхности как полярных, так и неполярных материалов.
Выполнение адгезионного слоя толщиной 0,5-1,5 мм позволяет обеспечить величину адгезии между наружной поверхностью сваи и внутренней поверхностью противопучинной оболочкой.
Приведенные данные определены экспериментальным путем. Результаты эксперимента приведены в Таблице 1.
Предложенная конструкция сваи гарантирует ее высокое качество и долговечность, а также проста и технологична в изготовлении. Она применима для свай любых конструкций из любых материалов. Применение термоусадочного материала для указанного рукава обеспечивает простоту сборки противопучинной оболочки со сваей за счет того, что внутренний диаметр рукава до нагрева превышает поперечные размеры сваи. Применение адгезионного слоя гарантирует плотное прилегание поверхностей сваи и противопучинной оболочки. При этом предложенные материалы оболочки и адгезионного слоя экологически безопасны.
Предложенные конструкции сваи и противопучинного покрытия имеют широкий температурный диапазон эксплуатации: от минус 60 град. С до плюс 100 град. С, а модифицированный полимер покрытия является более прочным материалом по сравнению с полиэтиленовой пленкой: прочность на разрыв его в 2,5 раза выше, а износостойкость повышается в 30 раз в сравнении с обычным полиэтиленом. Срок службы предложенных адгезионных материалов составляет не менее 50 лет. Срок службы таких свай с указанными покрытием и адгезионным слоем не менее 50 лет.
Предложенная полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена конструкция предложенной сваи с наружной противопучинной оболочкой и адгезионным слоем между сваей и оболочкой.
Конструкция состоит из сваи 1 и жестко соединенного с ней в срединной части противопучинной оболочки 2 из модифицированного термопластичного материала. Между указанными деталями размещен адгезионный слой 3.
Пример конкретного осуществления.
Свая представляет собой стальную трубу диаметром 530 мм. Требуется изготовить стальную сваю длиной 9000 мм с противопучинной оболочкой с длиной 2000 мм.
Для получения жесткости конструкции за счет сил сцепления поверхности рукава с поверхностью сваи необходим правильный выбор размера поперечного сечения сваи в состоянии поставки, диаметра полностью усаженной рукава, длины участка сваи, требующего покрытия и использование в случае необходимости, соответствующего термопластичного адгезива. В заводских условиях или на месте монтажа в нижней части сваи приваривается опорная площадка из стали Ст3 толщиной 6,0 мм (на чертеже не показана).
Для обеспечения высоких адгезионных свойств, поверхности покрываемые противопучинной полимерной термоусаживаемой оболочкой, очищают от загрязнений, заусенцев и удаляют (сглаживают) острые грани.
После подготовки поверхности сваи, на участок размещения противопучинной оболочки наносится адгезионный слой, состоящий из термопластичных композиций на основе полимерных и комбинированных полимерно-битумных материалов, например, на основе СЭВА заданной толщины. Адгезив наносится либо в расплавленном состоянии кистью, валиком, распылением, либо наматывается в виде ленты.
В качестве противопучиннной оболочки применяется рукав из модифицированного термопластичного полиолефина марки ПЭВД с внутренним диаметром 600 мм, толщиной стенки 4,0 мм, способный при нагревании свыше 120°C уменьшиться по внутреннему диаметру на 30% до 420 мм благодаря свойству «памяти формы». Длина термоусаживаемого рукава составляет 2000 мм.
Усадка противопучинной оболочки в виде полимерного термоусаживаемого рукава на тело сваи, обеспечивающая полное обжатие изолируемого изделия, происходит в результате ее нагрева до температуры не менее 120°C горячим воздухом или открытым пламенем газовой горелки. В полевых условиях усадку рукава начинают с середины отрезка, кольцевыми движениями нагревая рукав. После того, как центральная часть отрезка полимерного термоусаживаемого рукава усядет, плотно закрепившись на свае, осуществляют усадку остальных частей рукава, последовательно перемещая горелку вправо и влево. При усадке рукава толщина его стенки увеличивается в данном случае на 12% до 4,48 мм.
Усаженный рукав противопучинной оболочки до его остывания не должен подвергаться внешним механическим воздействиям, так как это может привести к его пластической деформации и разрушению.
После усадки рукава свая с противопучинной оболочкой устанавливается в месте ее эксплуатации в заранее подготовленную скважину большего диаметра. Производится подсыпка и закрепление сваи на необходимой глубине.
Предложенная конструкция сваи и противопучинного покрытия ОСПТ «Reline» имеют широкий температурный диапазон эксплуатации: от минус 60 град. C до плюс 100 град. C, а модифицированный полимер является более прочным материалом по сравнению с полиэтиленовой пленкой: прочность на разрыв его в 2,5 раза выше, а износостойкость повышается в 30 раз в сравнении с обычным полиэтиленом. Срок службы таких свай более 50 лет.