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.
Известна винтовая свая (см. а.с. СССР на изобретение №1454909, МПК 4 кл. Е 02 5/56, опубл. 30.01.89), включающая полый металлический ствол с наконечником и лопастями, нижние из которых имеют длину, меньшую длины верхних. Ствол снабжен диафрагмой, расположенной между нижним торцом ствола и наконечником. Наконечник выполнен треугольным а лопасти - плоскими листовыми с режущей кромкой. Верхняя и нижняя лопасти расположены под углом (7-20)° к плоскости диафрагмы с ориентацией режущей кромки в направлении вращения. Наконечник и лопасти сваи снабжены ребрами жесткости, расположенными вдоль боковых граней наконечника и вдоль сторон лопастей, противолежащих режущим кромкам. При погружении в грунт сваи, имеющей описанную выше конструкцию, возникает дополнительное сопротивление грунта, что приводит к необходимости увеличения крутящего момента. Это является недостатком известной винтовой сваи, так как ее завинчивание может быть обеспечено только с дополнительным пригрузом.
Известен винтовой анкер (см. а.с. СССР на изобретение №1237744, МПК 4 кл. Е 02 5/56, опубл. 15.06.86), включающий заостренный ствол с винтовой лопастью, заходная часть которого выполнена с режущей кромкой, расположенной в плане под углом к ограничивающей лопасть
кривой. Режущая кромка заходной части выполнена в плане по параболе, а угол, образованный параболой и ограничивающей лопасть кривой при их сопряжении, не превышает угла трения материала лопасти о грунт. Недостатком известного винтового анкера (3), как и винтовой сваи (2), является то, что он может быть завинчен в грунт только при наличии дополнительного пригружающего усилия. Это обусловлено тем, что винтовая лопасть анкера располагается в пределах цилиндрического ствола анкера, не заходя на его нижнюю конусную часть.
Известен также анкерный фундамент (см. а.с. СССР №1289963, МПК 4 кл. E 02 D-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. 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.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является винтовой анкер, выбранный в качестве прототипа (см. а.с. СССР №1216285, кл. МПК 4 E 02 D-5/56, опубл. 07.03.86). Винтовой анкер содержит полый цилиндрический ствол с коническим наконечником. Винтовая лопасть анкера закреплена на цилиндрическом стволе анкера, при этом часть лопасти в пределах от 2/3
до 3/4 ее витка размещена на коническом наконечнике. Лопасть может быть одновитковой и многовитковой. Сваи такой конструкции могут быть завинчены без пригружающей силы и при сравнительно малой величине крутящего момента, что является несомненным достоинством известной сваи. Однако при завинчивании известной винтовой сваи необходимым условием является наличие направляющего устройства, что является недостатком конструкции. Устранение указанного недостатка является особенно актуальным в связи с тем, что в последнее время широкое распространение получили навесные механизмы для завинчивания анкерных винтовых свай, например, гидрокабестаны, а также механизмы вращения, выполненные в виде гидромоторов, например, МВ-85, выпускаемый ОАО «Завод «Стройдормаш» (РФ, г.Алапаевск, Свердловская область). Эти механизмы устанавливаются на экскаваторы, краны-манипуляторы и другие машины. В начале завинчивания, когда винтовая лопасть сваи еще не вошла в грунт, свая находится на весу и весьма вероятным является ее отклонение от вертикали, в результате чего и ее погружение в грунт произойдет со смещением от вертикального направления.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции винтовой сваи, обеспечивающей вертикальное направление при погружении сваи в грунт, при одновременном повышении производительности процесса погружения за счет снижения величины необходимого крутящего момента.
Для достижения указанного технического результата предлагается винтовая свая, которая, как и наиболее близкая к ней, выбранная в качестве прототипа, включает полый цилиндрический ствол с коническим наконечником и винтовой лопастью, заходящей на конический наконечник в пределах 2/3-3/4 витка винтовой лопасти. Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известной сваи,
к
c
принятой за прототип, является то, что конический наконечник снабжен дополнительной одновитковой лопастью с диаметром, винтовой лопасти, и состоящей, по крайней мере, из двух отдельных элементов, а полый цилиндрический ствол снабжен цилиндрическим кольцом. Диаметр цилиндрического кольца D винтовой сваи может составлять (1,02-1,03) диаметра ствола D.
дл
c
дл
дл
Диаметр дополнительной винтовой лопасти d может быть равен (0,3-0,5) диаметра D цилиндрического ствола, а шаг дополнительной винтовой лопасти h может составлять (0,4-0,5) диаметра дополнительной винтовой лопасти d.
Технический результат, достигнутый в предлагаемой полезной модели, получен за счет следующего.
В отличие от прототипа, в котором имеется только одна винтовая лопасть, заходящая на конический наконечник, у предложенной винтовой сваи конический наконечник снабжен дополнительной одновитковой винтовой лопастью с диаметром, меньшим диаметра основной винтовой лопасти. Размещение дополнительной винтовой лопасти с уменьшенным диаметром на нижней части конического наконечника делает его по сути буром, который в процессе работы сваи активно рыхлит грунт, снижая лобовой сопротивление. Эта конструктивная особенность предложенной сваи обеспечивает фиксацию точки завинчивания, задает направление завинчивания, а также существенно уменьшает лобовое сопротивление грунта в процессе завинчивания.
Выполнение дополнительной одновитковой винтовой лопасти в виде двух отдельных элементов также является существенным признаком предлагаемой полезной модели, так как в результате разрыва лопасти появляется возможность свободного беспрепятственного выхода грунта из скважины маленького диаметра.
к
c
Еще одним существенным признаком заявляемой сваи является наличие на цилиндрическом стволе сваи цилиндрического кольца. Благодаря тому, что диаметр D этого кольца несколько больше, чем диаметр D цилиндрического ствола сваи, кольцо обеспечивает расширение диаметра скважины в процессе погружения сваи в грунт, что приводит к уменьшению сил сцепления с грунтом по всей боковой цилиндрической поверхности сваи. В результате в сравнении с прототипом существенно (на 10-15%) уменьшается необходимый крутящий момент.
Признаки заявляемой конструкции, изложенные в дополнительных пунктах формулы полезной модели, относятся к соотношениям геометрических параметров вновь введенных элементов сваи, а именно: дополнительной одновитковой винтовой лопасти и цилиндрического кольца. Оптимальное соотношение этих параметров было получено экспериментальным путем по результатам испытаний.
дл
c
c
дл
дл
Дополнительная винтовая лопасть выполняется диаметром d, меньшим, чем диаметр D цилиндрического ствола, и может составлять (0,3-0,5) D, а шаг дополнительной винтовой лопасти h может составлять (0,4-0,5) диаметра дополнительной винтовой лопасти d.
к
c
Диаметр цилиндрического кольца D винтовой сваи лишь незначительно превышает диаметр D ствола и составляет (1,02-1,03) его диаметра. Однако этой величины вполне достаточно для решения поставленной задачи, а именно - облегчения погружения сваи за счет уменьшения необходимого крутящего момента.
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 - часть наконечника с дополнительной винтовой лопастью;
На фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.
Винтовая свая состоит из:
c
- полого цилиндрического ствола 1, диаметр D которого равен в данном конкретном примере 219 мм;
к
c
- конического наконечника 2, высота которого L равняется (300-350) мм, что составляет (1,8-2,0) диаметра ствола D;
oл
c
ол
oл
дл
c
дл
c
дл
дл
к
c
- основной винтовой лопасти 3, диаметр которой D находится в диапазоне (2,2-5,0) диаметра ствола D и составляет в данном конкретном случае 500 мм. Винтовая лопасть 3 заходит на конический наконечник 2 в пределах 2/3-3/4 ее витка. Шаг Н основной лопасти 3 составляет (0,2-0,3) ее диаметра D. Конический наконечник 2 снабжен дополнительной одновитковой винтовой лопастью, диаметр d которой меньше, чем диаметр D цилиндрического ствола 1 и определяется из соотношения d=(0,3-0,5)D, составляя в данном конкретном примере 100 мм. Шаг h дополнительной лопасти составляет (0,4-0,5) ее диаметра d. Дополнительная винтовая лопасть состоит из двух отдельных элементов 4 и 5. Полый цилиндрический ствол 1 снабжен приваренным к нему цилиндрическим кольцом 6, диаметр D, которого равен (1,02-1,03) диаметра цилиндрического ствола D и составляет 225 мм.
Погружение винтовой сваи осуществляется следующим образом.
Винтовая свая устанавливается в вертикальное положение, вводится в механизм завинчивания и фиксируется в нем. Включается механизм вращения и как только свая начинает вращаться, нижняя часть дополнительной винтовой лопасти, расположенная на конической части 2
ствола 1, образует скважину, обеспечивая тем самым дальнейшую заделку сваи в грунт. При этом лобовое сопротивление грунта уменьшается, а следовательно, снижается и величина необходимого крутящего момента. После внедрения конической части 2 ствола 1 в грунт кольцо 6 на цилиндрической части ствола 1 сваи расширяет диаметр образовавшейся скважины на (1-1,5) см, уменьшая тем самым силы сцепления ствола сваи с грунтом на (10-15)%, что одновременно способствует уменьшению крутящего момента при завинчиванию
Таким образом, предлагаемая винтовая свая, имеющая описанную выше конструкцию, обеспечивает в отличие от прототипа строго вертикальное направление сваи при ее погружении в грунт, при одновременном повышении производительности процесса погружения за счет снижения величины необходимого крутящего момента.