СПОСОБ МОНТАЖА ВИНТОВОЙ СВАИ ИЗ ПРОФИЛЬНОЙ ТРУБЫ С МНОГОУГОЛЬНЫМ СЕЧЕНИЕМ И ПРОХОДНОЙ ВРАЩАТЕЛЬ ДЛЯ МОНТАЖА ВИНТОВОЙ СВАИ ИЗ ПРОФИЛЬНОЙ ТРУБЫ С МНОГОУГОЛЬНЫМ СЕЧЕНИЕМ
METHOD OF MOUNTING SCREW PILE FROM POLYANGULAR PROFILE PIPE AND PASSAGE ROTOR FOR MOUNTING SCREW PILE FROM POLYANGULAR PROFILE PIPE

Группа изобретений относится к строительству и может быть использована для сооружения фундаментов, а также установки любых опор на открытом грунте, в помещениях и под водой (причалы и т.п.).
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известен гидровращатель для завинчивания винтовых свай, который содержит корпус с установленной внутри него обоймой, механизм завинчивания, включающий два храповых колеса, каждое из которых имеет возможность взаимодействия с соответствующим храповиком, и гидравлический привод, содержащий гидроцилиндр со штоком. Храповые колеса установлены с возможностью свободного вращения относительно обоймы в одном направлении, число храповиков, взаимодействующих с каждым храповым колесом, дополнено до трех, при этом храповики кинематически сопряжены с выступами на торцевых поверхностях храповых колес и установлены с возможностью свободного вращения, гидравлический привод дополнен вторым гидроцилиндром, а штоки первого и второго гидроцилиндров соединены с соответствующими храповыми колесами (патент РФ №34560, опубл. 10.12.2003).
Также известно сменное оборудование машины для установки металлических винтовых свайных фундаментов, содержащее вращатель с редуктором, рабочий орган, гидрооборудование, присоединительный фланец, гидрооборудование смонтировано на корпусе редуктора, присоединительный фланец установлен на шестигранной части выходного вала редуктора с возможностью продольного перемещения до ограничителя, на фланце размещены поворотные фиксаторы с рычагами, предназначенные для крепления сваи, и ключ, фиксирующий присоединительный фланец в нижнем положении (патент РФ №72987, опубл. 10.05.2008).
Наиболее близким аналогом заявленного решения в части устройства является вращатель для монтажа винтовой сваи, содержащий расположенную между опорными плитами храповую муфту, состоящую из обоймы с продольными пазами и закрепленными на ней двумя парами храповых колес, гидроцилиндр вращения, шток которого снабжен поворотным относительно продольной оси крестообразным элементом с упорами, имеющими разную длину, взаимодействующими с соответствующими храповыми колесами, обойма храповой муфты снабжена сменными трубчатыми вкладышами (патент РФ №26058, опубл. 10.11.2002).
Наиболее близким аналогом заявленного решения в части способа является способ монтажа трубчатых свай в грунт (патент РФ №78498, опубл. 27.11.2008), в котором перед началом работы устанавливают мачту вертикально, при этом основание механизма центрирования располагается вдоль поверхности земли. Перемещают роторный стол механизма вращения вдоль мачты в нижнее положение. На основание механизма центрирования укладывают один конец сваи, при этом другой ее конец располагается на земле. Размещают расположенный на основании конец сваи в сменном устройстве, соединенном с ротором, закрепляя указанный конец сваи в захватном элементе сменного устройства. Соединяют оголовок сменного устройства с ротором механизма вращения. Перемещают роторный стол механизма вращения вдоль мачты в верхнее положение, соответствующее длине погружаемой сваи. Заводят нижний (в рабочем положении) конец погружаемой сваи в проем основания механизма центрирования. Производят погружение сваи, осуществляя ее вращение и осевое перемещение с помощью механизма вращения, перемещаемого вниз вдоль мачты по продольным направляющим с помощью смонтированной на мачте кольцевой гибкой реверсивной передачи. После погружения сваи на небольшое расстояние открывают прижимной затвор механизма центрирования, отводят шибер (шиберы) в исходное положение и осуществляют дальнейшее погружение сваи на требуемую глубину без использования механизма центрирования.
Недостатки известных средств заключаются в необходимости ручной фиксации сваи, для чего производят разрез сваи с последующей сваркой, либо перфорирование сваи, что приводит к нарушению ее целостности и снижению несущей способности.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой группой изобретений, заключается в том, что в связи с разнообразием грунтов и огромным количеством строительных площадок, на которых используются в качестве фундамента винтовые сваи, их установка требует в зависимости от типа грунт, использование рабочей силы либо спецтехники, которая не всегда в силу определенных габаритных размеров может разместиться на строительной площадке или выполнять маневрирование в стесненных условиях.
Задача изобретения состояла в разработке скоростной и качественной методики установки свай, а также устройства для ее осуществления, которые бы обеспечивали простоту, надежность и удобство монтажа винтовой сваи.
Технический результат заключается в повышении качества монтажа сваи с сохранением ее несущей способности за счет исключения разреза и перфорирования сваи для ее монтажа, способом вращения сваи за профильное плечо на любом участке ствола сваи, обеспечивающим свободное вкручивание/выкручивание сваи в грунт, исключающим применение буровых лафетов и крановых установок.
Указанный технический результат достигается за счет конструкции проходного вращателя для монтажа винтовой сваи из профильной трубы с многоугольным сечением, представляющего собой корпус, включающий в себя ведущие шестерни привода, ведомую поворотную шестерню, имеющую профильное многоугольное отверстие, продольно и вращательно подвижный захват с однотипным многоугольным профильным отверстием, вставленный в отверстие ведомой шестерни, устройство для фиксации сваи во вращателе, при этом сечение профильного отверстия вращателя регулируется сменными вставками, образованными пластинами, крепеж которых осуществляется винтами к продольно подвижному вращающемуся захвату сваи, при этом каждая вставка имеет размер и форму, отличную от размера и формы других вставок в наборе.
Длина захвата превышает высоту корпуса вращателя.
Устройство для фиксации сваи во вращателе представляет собой гидравлический, электрический, механический или пневматический тормоз.
Внутренняя часть вращателя заполнена маслом.
Привод представляет собой гидромотор различных модификаций вала или иной двигатель - электрический, пневматический, двигатель внутреннего сгорания.
Сечение профильного отверстия главной поворотной шестерни имеет форму многоугольника.
Также указанный технический результат достигается за счет выполнения способа монтажа винтовой сваи из профильной трубы с многоугольным сечением, включающего этапы, на которых проходной вращатель из горизонтального положения переводят в вертикальное, в сквозное отверстие проходного вращателя в продольно и вращательно подвижный захват горизонтально устанавливается винтовая свая с профильным сечением в форме многоугольника до метки, контролирующей высоту сваи под проходным вращателем, фиксируют сваю посредством гидравлического, механического, электрического или пневматического тормоза от выпадения из проходного вращателя и переводят сваю вместе с вращателем посредством гидроцилиндра в вертикальное положение, выравнивают сваю по вертикали, отпускают тормоз проходного вращателя, включают вращение проходного вращателя по часовой стрелке. При достижении верхней части сваи нижней части вращателя свая продолжает вращаться за счет продольно-вращательного движения захвата, при достижении заданной глубины установки сваи, вращатель отключают и освобождают сваю из захвата.
Ствол винтовой сваи выполняется из профильной трубы различного сечения, кроме круглого. Для монтажа данной сваи используется проходной вращатель, состоящий из ведомой поворотной шестерни, имеющей в середине профильное (прямоугольной либо любой другой формы, кроме круга) отверстие. Размер и форма отверстия может регулироваться с помощью вставок, соответствующих профилю ствола винтовой сваи и его площади плюс допуск по краям для свободного хода сваи, либо изготовления проходного вращателя с отверстием под конкретные задачи.
Повышение качества монтажа сваи и вместе с тем упрощение, надежность и удобство строительства фундаментов, различных опор, удешевление стоимости, сокращение сроков строительства и достигается тем, что:
- монтаж с помощью проходного вращателя позволяет использовать цельные винтовые сваи профильного сечения, практически неограниченных по длине исполнения, без применения спецтехники с мачтой либо стрелой, которая может иметь ограниченную высоту подъема для торцевого крепления винтовой сваи;
- исключается разрез винтовой сваи с последующей ее сваркой, что сохраняет несущую способность винтовой сваи;
- исключается использование для установки винтовой сваи ручной силы, что приводит к повышению качества монтажа;
- исключается перфорирование винтовой сваи для ее монтажа при использовании ручной силы, что сохраняет несущую способность винтовой сваи;
- указанный способ позволяет без дополнительного перемещения спецтехники максимально удалять винтовую сваю по горизонтали для ее монтажа, если к вращателю присоединена телескопическая стрела;
- проходной вращатель может монтироваться в качестве навесного оборудования на любую мобильную технику либо транспортное средство - от легкого грузового автомобиля, прицепа, трактора до спецтехники, а также непосредственно на мачту или стрелу спецтехники;
- за счет жесткого крепления проходного вращателя, имеющего различную степень свободы, на мобильной установке, транспортном средстве или спецтехнике, легко выставить и удерживать вертикаль при монтаже винтовой сваи;
- при использовании винтовых свай со стволом прямоугольного сечения повышается несущая способность сваи, т.к. данный профиль имеет по меньшей мере четыре ребра жесткости, что превышает прочность такой сваи по сравнению со стволом круглого сечения примерно на 35%, т.е. свая может закручиваться с большим крутящим моментом и она не разрушится, как свая с обычным круглым сечением;
- в некоторых случаях, например при строительстве фундаментного ростверка, заборов и пр. последующий монтаж конструкций к винтовой свае, имеющей ствол прямоугольного профиля, упрощается, т.к. исключает приобретение дополнительных переходов, соединений.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее:
Фиг. 1 - вид проходного вращателя сбоку в разрезе.
Фиг. 2 - вид проходного вращателя сверху.
Фиг. 3 - схема установки сваи во вращатель.
Фиг. 4 - схема установки сваи в грунт.
Фиг. 5 - вид устройства принудительной подачи сваи.
Проходной вращатель, в корпус 1 которого установлены ведомая поворотная шестерня 2 с проходным многоугольным сечением, ведущая шестерня 3 привода. Привод 10 представляет собой гидромотор различных модификаций вала или иной двигатель - электрический, пневматический, двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Внутренняя полая часть 5 корпуса 1 вращателя заполнена маслом.
Ведущая шестерня 3 привода мотора 10 установлена на подшипниках 4. Ведомая поворотная шестерня 2 установлена на конусных подшипниках 6 и имеет сальник 8. Корпус 1 имеет проушины 12 для перемещения вращателя в горизонтальное и вертикальное положение.
В проходное отверстие 11 захвата 7 помещается свая 14. Свая 14 - свободнопадающая винтовая свая, ствол которой изготовлен из профильной трубы с сечением в форме квадрата или иной другой профильной трубы, кроме труб с сечением в форме круга (многоугольное сечение). При изменении сечения сваи по размерам или форме устанавливается вставка 24 (фиг. 1) на продольно вращающийся захват путем крепления винтами к стенкам захвата в соответствии с размерами сваи. Вставка образована набором пластин, количество которых зависит от толщины и формы требуемой вставки.
При смене профиля ствола сваи меняется профиль главной шестерни.
Проходной вращатель монтируется в качестве навесного оборудования на любую мобильную технику, либо транспортное средство - от легкого грузового автомобиля, прицепа, трактора до спецтехники, а также непосредственно на мачту или стрелу спецтехники.
Способ установки винтовой сваи осуществляется следующим образом:
1. Проходной вращатель из горизонтального положения переводится в вертикальное для установки винтовой сваи.
2. В сквозное отверстие проходного вращателя в подвижный продольно и вращательный захват горизонтально устанавливается винтовая свая, с профильным многоугольным сечением, до метки, контролирующей высоту сваи под проходным вращателем (фиг. 3 - стрелками показано направление вращения и перемещения элементов).
3. Свая фиксируется гидравлическим или иным механическим, электрическим или пневматическим тормозом от выпадения из проходного вращателя и переводится вращателем посредством гидроцилиндра 13 в вертикальное положение (фиг. 4 - стрелками показано направление вращения и перемещения элементов).
4. Свая выравнивается по вертикали за счет степеней свободы стрелы проходного вращателя, а также, если нужно опорами мобильной установки.
5. Отпускается гидравлический тормоз проходного вращателя.
6. Свая падает из проходного вращателя вниз на точку установки (закрутки).
7. Включается вращение проходного вращателя по часовой стрелке.
8. Свая по закону Архимедова винта устремляется в грунт. Когда свая при вращении достигает нижней части вращателя, т.е. выходит за пределы основного корпуса вращателя, продолжение монтажа сваи продолжается за счет подвижно-продольно-вращающегося захвата 7, что позволяет закрутить сваю ниже корпуса проходного вращателя.
9. При достижении нужной глубины установки сваи проходной вращатель останавливается, поднимается захват и освобождается свая.
10. При невозможности установить сваю на нужную глубину из-за геологических осложнений свая выкручивается или обрезается под проходным вращателем.
В зимних условиях, когда нужно установить сваю, но на пути встречается мерзлый грунт, вращатель оборудован принудительной подачей сваи тросом, продетым через блок, находящимся на торце сваи, который одним концом мертво закреплен за возвратную пружину и датчик усилия, а второй конец троса накручивается на барабан лебедки. Неподвижность блока, через который продет трос, обеспечивают ролики подшипника вращательного захвата торца сваи. При данной системе подачи сохраняется способ безмачтовой установки сваи. Перед тем как приступить к установке сваи, лебедкой производится натяжение троса. При работе вращателя постепенно происходит закручивание сваи и ослабевание возвратной пружины. Далее пружина опять натягивается лебедкой через трос и создает давление на торец сваи. Система принудительной подачи включает в себя блок для троса 15 относительно неподвижную площадку для крепления блока 16, верхний вращательный захват 17 за торец сваи, лебедку 18, возвратную (стравливающую нагрузку на торец сваи) пружину 19, трос 20, упорный роликовый подшипник 21, датчик усилия 22, торцевой профильный захват сваи 23.
Конструктивные элементы вращателя:
1. Корпус проходного вращателя.
2. Ведомая поворотная шестерня с проходным отверстием в виде многоугольного сечения.
3. Ведущая шестерня привода.
4. Подшипник ведущей шестерни.
5. Внутренняя полая часть вращателя, заполненная маслом.
6. Конусный подшипник ведомой поворотной шестерни.
7. Профильный, подвижно-продольно-вращающийся захват сваи.
8. Сальник.
9. Гидравлический или иной - электрический, механический, пневматический тормоз.
10. Привод гидромотора или иной двигатель - электрический, пневматический, ДВС.
11. Проходное отверстие вращателя.
12. Проушина для перемещения вращателя в горизонтальное или вертикальное положение.
13. Гидроцилиндр для перемещения вращателя.
14. Свободнопадающая винтовая свая, ствол которой изготовлен из профильной трубы с многоугольным сечением, кроме труб с сечением круг.
15. Блок для троса.
16. Относительно неподвижная площадка для крепления блока.
17. Верхний вращательный захват за торец сваи.
18. Лебедка.
19. Возвратная (стравливающая нагрузку на торец сваи) пружина.
20. Трос.
21. Упорный роликовый подшипник.
22. Датчик усилия.
23. Торцевой профильный захват сваи.
24. Вставка. При изменении сечения сваи по размерам устанавливается вставка в соответствии с размерами сваи.