СВАЯ ЗАБИВНАЯ

Полезная модель относится к строительству и применяется в качестве фундамента-основания для металлических или деревянных столбов-стоек различного сечения.
Известен аналог - металлическая свая с вертикальными лопастями -патент на полезную модель РФ №52412, 2.11.2015, состоящая из полого трубчатого ствола, отличающаяся тем, что на ней выполнены вертикальные лопасти, приваренные вдоль ствола сваи, причем нижний край лопасти выполняется скошенным, а верхний край лопасти располагается на 2-3 м ниже головы сваи.
Недостатком аналога является низкая проникающая способность сваи, которая снижает эффективность ее установки в промерзший грунт, находящийся долгое время при отрицательных по Цельсию температурах. Низкая проникающая способность характеризуется, во-первых, повышенным лобовым сопротивлением сваи из-за угла скоса лопастей, близкого к 90 градусам, во-вторых, малой прочностью конструкции из-за передачи усилия на лопасти через сварное соединение.
Известен аналог - свая забивная для столба - патент на изобретение США № US 6461084, 8.10.2002, принятая в качестве прототипа, содержащая выполненные из листовой стали, соединенные между собой и вытянутые в вертикальном направлении верхнюю и нижнюю части, причем верхняя часть выполнена в виде цанги, состоящей из четырех сегментов, обжатых кольцом, с возможностью установки в нее круглого столба, а нижняя часть имеет крестообразное поперечное сечение и выполнена в виде четырех плоских лопастей и имеет заострение к низу, образованное скосами на лопастях, верхняя часть заглублена в нижнюю с образованием контакта не только в горизонтальном сечении, но и по вертикали.
Недостатком прототипа является низкая проникающая способность сваи, которая снижает эффективность ее установки в промерзший грунт, находящийся долгое время при отрицательных по Цельсию температурах. Низкая проникающая способность характеризуется повышенным лобовым сопротивлением сваи из-за большого угла скоса лопастей, близкого к 90 градусам.
Технической задачей полезной модели является обеспечение возможности применения сваи в условиях крайнего севера, характеризующегося необходимостью ее установки в промерзший грунт, находящийся долгое время при отрицательных по Цельсию температурах.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении возможности установки сваи в промерзший фунт.
Решение технической задачи в свае забивной для установки в промерзший грунт, содержащей выполненные из листовой стали, соединенные между собой и вытянутые в вертикальном направлении верхнюю и нижнюю части, причем верхняя часть выполнена в виде цанги, состоящей из четырех сегментов, обжатых кольцом, с возможностью установки в нее с фиксацией круглого столба, а нижняя часть имеет крестообразное поперечное сечение и выполнена в виде четырех плоских лопастей и имеет заострение к низу, образованное скосами на лопастях, верхняя часть заглублена в нижнюю с образованием контакта не только в горизонтальном сечении, но и по вертикали, достигается тем, что угол скоса каждой лопасти относительно вертикальной оси лежит в диапазоне от 2 до 6 градусов, заострение притуплено с образованием горизонтального участка, лопасти нижней части образованы полками двух вытянутых в вертикальном направлении угловых профилей, размер горизонтального участка, которым осуществлено притупление заострения, составляет 30±2 мм, толщина стали, из которой выполнена нижняя часть, лежит в диапазоне 1,5-6 мм, диаметр цанги равен 60±2 мм.
На фиг. 1 изображен вид сбоку сваи забивной для установки в промерзший грунт.
На фиг. 2 изображен вид сверху сваи забивной для установки в промерзший грунт.
На фиг. 3 изображено поперечное сечение нижней части сваи забивной для установки в промерзший грунт.
На фиг. 4 изображен вид по нормали к поверхности лопасти сваи забивной для установки в промерзший грунт.
Свая забивная для установки в промерзший грунт, изображенная на рисунках 1-4 содержит выполненные из листовой стали, соединенные между собой и вытянутые в вертикальном направлении верхнюю 1 и нижнюю 2 части, как показано на рисунке 1, причем верхняя часть 1 выполнена в виде цанги 3, состоящей из четырех сегментов 4, как показано на рисунке 2, обжатых кольцом 5, с возможностью установки в нее круглого столба, а нижняя часть 2 имеет крестообразное поперечное сечение 6 и выполнена в виде пересекающихся лопастей 7 и имеет заострение 8 к низу, как показано на рисунке 4, образованное скосами 9 на лопастях, угол а скоса каждой лопасти относительно вертикальной оси 10 лежит в диапазоне от 2 до 6 градусов, заострение 8 притуплено с образованием горизонтального участка 11 размером Г=30 мм, лопасти 7 нижней части 2 образованы полками 12 (рис. 3) двух вытянутых в вертикальном направлении угловых профилей 13, верхняя часть 1 заглублена в нижнюю 2 с образованием контакта не только в горизонтальном сечении 14, но и по вертикали, на участке Д (рис. 1).
Рассмотрим пример конкретной реализации сваи забивной для установки в промерзший грунт. Верхняя 1 и нижняя 2 части изготовлены из листовой стали толщиной 3 мм. При изготовлении нижней части 2 из стали толщиной меньше 1,5 мм ее жесткость будет недостаточна для обеспечения установки сваи в промерзший грунт. Лопасти в этом случае изгибаются и установка сваи невозможна. При изготовлении нижней части из стали более 6 мм значительно усложняется процесс изготовления конструкции -становится невозможно обеспечить требуемый радиус изгиба R углового профиля 13. Из-за повышенного радиуса R повышается лобовое сопротивление сваи при установке в промерзший грунт. Верхняя часть 1 изготавливается из листовой стали штамповкой. Каждый из сегментов 4 является сегментом - четвертью цилиндрического патрубка, имеющего местное утолщение 15 наружного диаметра, и изготовлен штамповкой. Кольцо 5 изготовлено прокаткой цилиндрического патрубка, имеет коническую внутреннюю часть 16. Кольцо 5 надевают на цангу 3 для обеспечения обжатия сегментов 4 цанги 3. Обжатие обеспечивается за счет воздействия конической части внутренней части 16 кольца 5 на местные утолщения 15 сегментов 4 цанги при вертикальном опускании кольца 5. Обжатие сегментов 4 цанги 3 применяют для фиксации круглого столба внутри цанги 3. Возможность достижения указанного технического результата проверено при диаметре цанги равном 60 мм. Значительное увеличение диаметра цанги при заданном угле скоса 9 лопастей и толщине материала лопастей приводит к такому изменению пропорций сваи, которое снижает ее жесткость и, как следствие делает невозможным установку в промерзший грунт. Поэтому выбран диапазон диаметра цанги 60±2 мм. Нижняя часть 2 сваи состоит из двух угловых профилей 13. Каждый из угловых профилей 13 изготавливается путем предварительного раскроя листа стали методом лазерной резки, а затем гибки полученной заготовки по линии изгиба 17 (рис. 1) с образованием двух полок 12, расположенных под углом 90 градусов. Такая конструкция обеспечивает необходимую жесткость нижней части, а также исключает концентраторы напряжения, которые имели бы место при изготовлении нижней части соединением двух плоских листов шип в паз. Наличие длинного паза по длине листа ослабило бы конструкцию. Скосы 9 и паз 18 под установку верхней части 1 получают на этапе раскроя листа стали. Заострение 8 к низу образовано скосами 9 на лопастях, угол а скоса каждой лопасти относительно вертикальной оси 10 равен 3 градусам. При угле а менее 2 градусов отношение высоты нижней части к размеру полок 13 получается таким, что нижняя часть 2 обладает недостаточной жесткостью, что при выбранном диапазоне толщин стали делает невозможным установку сваи в промерзший грунт, при таких размерах в процессе давления на сваю при установке нижняя часть теряет устойчивость и деформируется. При угле а более 6 градусов установка сваи затрудняется из-за увеличения лобового сопротивления при установке. А также при большом угле промерзаемый грунт вспучиваясь выталкивает сваю из поверхности. Заострение 8 притуплено с образованием горизонтального участка 11 размером Г=30 мм для исключения деформации заострения в процессе установки. При наличии острого конца в случае установки в промерзший грунт происходит изгибание конца и, как результат, существенное увеличение лобового сопротивления, что приводит к невозможности установки сваи. При размере Г=30 мм обеспечивается достижение указанного технического результата. При меньшем размере возможно деформация заострения, как при абсолютно остром конце, после деформации загнутый конец создает дополнительное сопротивление при установке сваи в грунт. Угловые профили 13 соединяют сваркой. Сегменты 4 цанги 3 привариваются между лопастями 7, как показано на рисунках 1, 2, 4.
Рассмотрим пример эксплуатации сваи забивной для установки в промерзший грунт. Сваи забивные применяют для установки в них столбов ограждения. Сваи доставляют на место монтажа вместе с деревянными столбами. Осуществляют разметку территории с обозначением мест установки свай. Сваю забивную располагают вертикально опирая в грунт горизонтальным участком 11, к верхней части прикладывают усилие пневматического забивного инструмента и ударными импульсами осуществляют погружение сваи забивной в грунт. В других примерах вместо пневматического забивного инструмента применяют электрический забивной инструмент и кувалду. Благодаря наличию горизонтального участка 11 заострение сваи обладает стойкостью к изгибу и в начальный момент забивания исключается ее изгиб. Благодаря выбранному диапазону угла а скосов 9 обеспечивается низкое лобовое сопротивление грунта установке сваи забивной.
Технический результат полезной модели достигается благодаря тому, что
- угол скоса каждой лопасти относительно вертикальной оси лежит в диапазоне от 2 до 6 градусов, что обеспечивает низкое лобовое сопротивление грунта установке сваи, что является важным фактором для обеспечения возможности установки сваи забивной в промерзший грунт, на установленную сваю не влияет пучение промерзшего грунта из-за малого угла скоса,
- заострение притуплено с образованием горизонтального участка размером 30 мм, исключая изгиб заострения при установке сваи забивной в промерзший грунт,
- лопасти нижней части образованы полками двух вытянутых в вертикальном направлении угловых профилей, обеспечивая требуемую жесткость нижней части сваи и исключая концентраторы напряжения, которые бы снижали прочность сваи, необходимую для установки сваи забивной в промерзший грунт,
- толщина стали, из которой выполнена нижняя часть лежит в диапазоне 1,5-6 мм, что исключает деформацию сваи забивной при установке в промерзший грунт, которая возникает при выходе из диапазона в меньшую сторону и обеспечивает возможность выполнения лопастей на двух уголках, что невозможно при выходе из диапазона в большую сторону,
- диаметр цанги равен 60±2 мм, так как в данном диапазоне диаметров возможно исполнение вышеописанных признаков без нарушения требования жесткости конструкции, необходимого для установки сваи в промерзший грунт.
Дополнительными преимуществами сваи забивной являются
- возможность осуществления монтажа в течении одной минуты,
- для установки сваи не требуется специальный инструмент, возможно применение самого простого инструмента - кувалды,
- свая легко прорезает при установке корни деревьев, обеспечивая обеспечена возможность установки сваи в лесных массивах и парках, благодаря тому, что свая легко прорезает при установке корни деревьев
- обеспечивается возможность самостоятельного монтажа.