ВИНТОВАЯ СВАЯ

Полезная модель относится к строительству, в частности к конструкциям свай и может быть использована в качестве фундамента для опор линий электропередач и опор контактной сети электрифицированных железных дорог, вышек сотовой связи, фундаментов промышленных зданий, анкерных закреплений в опорах временных мостов, причалов и других конструкций.
Известен анкерный фундамент [см. авт. свид. СССР на изобретение №1289963, МПК 4 кл. E02D 27/42, опубл. 15.02.87], включающий полый ствол, состоящий из верхнего участка, переходного участка в виде призматоида и нижнего участка. Нижний участок ствола снабжен винтовой лопастью. Диаметр нижнего участка меньше диаметра верхнего участка. В стенках переходного участка ствола выполнены окна, через которые грунт, прорезанный винтовой лопастью, подается внутрь призматоида, что способствует снижению крутящего момента при завинчивании. Однако известный анкерный фундамент имеет необоснованно сложную конструкцию. Кроме того, нижний цилиндрический участок ствола имеет большую длину при малом диаметре. Значительная разность диаметров верхней и нижней части анкерного фундамента приводит к возрастанию сцепления грунта по боковой поверхности анкера. Следствием этого является увеличение необходимой величины крутящего момента, что является существенным недостатком известного анкерного фундамента.
Известна также винтовая свая, конструкция которой описана в способе, предназначенном для погружения винтовой сваи в грунт [см. заявку Японии №60-57943, кл. E02D 5/56, опубл. 03.08.94]. Свая имеет цилиндрический трубчатый ствол и конусный наконечник, снабженный винтовой лопастью, выполненной из отдельных элементов. На верхней поверхности конусного наконечника расположена резьбовая шпилька, предназначенная для соединения конусного наконечника с цилиндрической
секцией сваи, представляющей собой трубчатую оболочку, заполняемую бетоном. Недостатком известной винтовой сваи является сложное в технологическом отношении решение винтовой лопасти, состоящей из отдельных элементов, а также ее низкая несущая способность. Другим недостатком винтовой сваи является то, что данная свая может быть использована только один раз. После заполнения ствола сваи бетоном, сваю уже невозможно извлечь из грунта.
Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является винтовая свая [см. полезную модель РФ №57760, МПК E02D 5/56 (2006.01), опубл. 2006.10.27], которая состоит из полого цилиндрического ствола и конусного наконечника, высота которого составляет (2,0÷2,5) диаметра ствола. К цилиндрическому стволу приварена верхняя винтовая лопасть, диаметр которой равен (3÷5) диаметра ствола. На конусном наконечнике размещена нижняя винтовая лопасть, максимальный диаметр которой находится в диапазоне (0,4÷0,5) диаметра верхней лопасти. Расстояние Н между верхней и нижней лопастями составляет (1,2÷1,3) диаметра верхней винтовой лопасти. Верхняя и нижняя лопасти выполнены с одинаковым шагом, который составляет (0,15÷0,25) диаметра верхней винтовой лопасти. Число витков каждой лопасти составляет (1,25÷1,3). Виток нижней лопасти выполнен с постепенным уменьшением диаметра лопасти от величины ее максимального диаметра. Для усиления верхней лопасти, а при необходимости и нижней лопасти к ним привариваются накладки усиления, толщина которых равна толщине материала лопасти.
Недостатком известного технического решения, выбранного в качестве прототипа, является сложность конструкции, которая заключается в наличии конусного наконечника и усиливающих накладок, которые привариваются к одной или к обеим лопастям сваи. Следствием этого является сложность и высокая трудоемкость изготовления сваи.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и уменьшение трудоемкости изготовления винтовой сваи при сохранении эффективности завинчивания сваи в грунт без дополнительной пригружающей силы.
нвmax
вв
нар
нвmax
вв
Л
нар
нар
нар
нар
Для достижения указанного технического результата предлагается винтовая свая, которая, как и наиболее близкая к ней, выбранная в качестве прототипа, включает полый цилиндрический ствол и винтовую лопасть, нижний виток которой выполнен с уменьшением диаметра на (0,6÷0,8) от величины его максимального диаметра (D). Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известной сваи, принятой за прототип, является то, что диаметр верхнего витка лопасти (D) составляет (3÷4) наружного диаметра d ствола, максимальный диаметр нижнего витка лопасти (D) равен (0,8÷0,9) диаметра верхнего витка лопасти (D), шаг лопасти (Н) составляет (1,0÷1,2) наружного диаметра (d) ствола сваи, число витков лопасти - (1,2÷1,25). На рабочей части ствола сваи выполнены два диаметрально расположенных выреза. Начало лопасти располагается от выреза на расстоянии (1), равном (0,9÷1,0) наружного диаметра (d) ствола. Высота вырезов (L) может составлять (1,0÷1,2) наружного диаметра (d) ствола, а ширина вырезов (n) может быть равна (0,2÷0,3) наружного диаметра (d) ствола. Для повышения эффективности резания грунта рабочие режущие кромки вырезов могут быть заточены под углом α, составляющим (30÷40)°.
вн
вн
Для уменьшения лобового сопротивления грунта, а, следовательно, и эффективности погружения винтовой сваи внутри ее ствола установлены две пластины шириной (b), равной (0,15÷0,2) внутреннего диаметра (d) ствола, расположенные по винтовой линии с шагом (h), составляющим (0,5÷0,6) внутреннего диаметра (d) ствола.
Технический результат, достигнутый в предлагаемой полезной модели, получен за счет следующего.
В отличие от прототипа, который состоит из полого цилиндрического ствола с коническим наконечником, у предложенной винтовой сваи конический наконечник отсутствует. Благодаря этому существенно упростилась вся конструкция сваи в целом, а также снизилась трудоемкость ее изготовления.
Важными существенными признаками заявляемой конструкции являются соотношения геометрических параметров витков винтовой лопасти сваи (верхнего и нижнего). Оптимальное соотношение этих параметров было получено экспериментальным путем по результатам испытаний. Нижний виток лопасти выполнен с меньшим диаметром, чем верхний (его максимальный диаметр составляет равен (0,8-0,9) диаметра верхнего витка лопасти. Это обеспечивает ускоренное погружение сваи и уменьшение возмущающей силы в тяжелых грунтах. При этом верхний виток лопасти, диаметр которого может быть выбран в диапазоне от 3 до 4 наружных диаметров ствола, увеличивает несущую способность сваи, как на вертикальную, так и на горизонтальную нагрузки.
Существенным признаком заявляемой сваи является наличие вырезов на рабочей части ствола сваи. Геометрия вырезов (см. п.3 формулы) подобрана экспериментальным путем при проведении испытаний предлагаемой сваи. Указанные вырезы позволили отказаться от конусного наконечника прототипа, способствуя выполнению поставленной задачи: упрощению конструкции, обеспечению технологичности и снижению трудоемкости изготовления винтовой сваи.
Дополнительный признак, касающийся установки внутри ствола сваи двух пластин (рыхлителей), расположенных по винтовой линии (см. п.2 формулы), обеспечивает в процессе завинчивания сваи перемещение грунта вверх внутрь ствола, не требуя при этом пригружающей силы. В результате снижается величина необходимого крутящего момента, эффективность завинчивания остается высокой, как в прототипе, но несущая способность сваи при этом не уменьшается.
В предложенной полезной модели (см. п.4 формулы) предусматривается также возможность заточки рабочих режущих кромок вырезов под углом а, составляющим (30-40)°. Этот дополнительный признак обеспечивает повышение эффективности резания грунта, также способствуя достижению поставленной задачи.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Ниже описан один из конкретных примеров реализации предлагаемой полезной модели.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - предлагаемая винтовая свая (общий вид);
на фиг.2 - вид А на фиг.1;
на фиг.3 - вид Б на фиг.1;
на фиг.4 - вид В на фиг.2 (увеличено);
на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.4.
нар
вв
нар
нвmах
вв
л
нар
нар
нар
Винтовая свая состоит из полого цилиндрического ствола 1, наружный диаметр (d) которого в данном конкретном примере равен 219 мм, и винтовой лопасти, состоящей из двух витков: верхнего - 2 и нижнего - 3. Диаметр верхнего витка лопасти (D) составляет (3÷4) наружного диаметра (d) ствола и может быть равен, например, 850 мм. Максимальный диаметр нижнего витка лопасти (D) равен (0,8÷0,9) диаметра верхнего витка лопасти (D) и составляет, например, 575 мм. Шаг лопасти (Н) составляет (1,0÷1,2) наружного диаметра (d) ствола сваи, например, 200 мм, число витков лопасти - 1,25). На рабочей части ствола 1 выполнены два диаметрально расположенных выреза 4 (см. фиг.2). Начало лопасти 2 располагается от выреза 4 на расстоянии (1), составляющем (0,9÷1,0) наружного диаметра (d) ствола 1, и равного, например, 200 мм. Высота вырезов 4 составляет (1,0÷1,2) наружного диаметра (d) ствола, например, 250 мм, при этом ширина выреза (n) составит 55 мм. Внутри ствола 1
вн
вн
приварены две пластины (рыхлители) 5, 6 (см. фиг.4), расположенные по винтовой линии с шагом (h), составляющим (0,5÷0,6) внутреннего диаметра ствола (d) (190 мм), и равным, например, 105 мм. Ширина (b), пластин 5 и 6 определяется из соотношения b=(0,15÷0,2)d, составляя в данном конкретном примере 30 мм. Для повышения эффективности резания грунта и его перемещения вверх рабочие режущие кромки 7 вырезов 4 заточены под углом а (30÷40)° (см. фиг.5).
нар
Ниже, в таблице приведены еще несколько конкретных примеров реализации заявляемой полезной модели для винтовой сваи с наружным диаметром d равным 219 мм и числом витков лопасти, равным 1,2.
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Диаметр верхнего витка лопасти D<sub>вв</sub>, мм
657
766,5
876
Максимальный диаметр нижнего витка лопасти D<sub>нвmах</sub>, ММ
525,6
651,5
788,4
Шаг лопасти Н<sub>л</sub>, мм
219
240,9
263
Расстояние 1 от начала лопасти до выреза, мм
197,1
208
219
При выходе за пределы интервалов геометрических параметров, включенных в формулу заявляемой полезной модели, в сторону увеличения, эффективность завинчивания сваи в грунт падает и для ее завинчивания потребуется дополнительная пригружающая сила. В случае нарушения заявленных интервалов в меньшую сторону, скорость погружения сваи резко уменьшается, а время завинчивания увеличивается, что также оказывает негативное влияние на эффективность процесса погружения сваи в грунт.
Погружение винтовой сваи осуществляется следующим образом. Винтовая свая устанавливается в вертикальное положение или наклонно под углом (30-40)°, вводится в механизм завинчивания и фиксируется в нем. Включается механизм вращения и как только свая начинает вращаться, острые кромки 7 вырезов 4 рабочей части ствола 1 сваи внедряются в грунт. При этом две расположенные внутри ствола 1 пластины (рыхлители) 5 и 6 начинают перемещать грунт внутрь ствола 1, не требуя при этом дополнительной пригружающей силы. Лобовое сопротивление грунта при этом уменьшается, а, следовательно, снижается и величина необходимого крутящего момента.
Таким образом, предлагаемая винтовая свая, в отличие от прототипа, имеет более простую конструкцию, технология изготовления сваи упрощается, уменьшаются производственные трудозатраты. Так как завинчивание осуществляется без пригружающей силы, его эффективность сохраняется высокой, как в прототипе, однако, при этом несущая способность сваи не уменьшается. Это объясняется тем, что внутри ствола сваи происходит существенное уплотнение грунта.