Забивная свая с уширениями

Полезная модель относится к области строительства, а именно к конструкциям забивных свай с уширениями.
В ряде случаев свайные фундаменты воспринимают выдергивающие нагрузки, например, при строительстве ЛЭП, радиоантенн, башен, в анкерных технологических сооружений/ см. Проектирование свайных фундаментов: Учеб. пособие для строительных вузов, С.Б. Беленький и др.-М., Высш.школа, 1983, стр. 123 [I]/. Кроме того, распространено сооружение свайных фундаментов в зонах слабых грунтов, ила торфа, заторфованных грунтов, глины и суглинков текуче-пластичной консистенции, супeси и т.п. /см.[I], стр. 133/. В этих случаях необходимо искусственно повышать несущую способность свай по грунту основания. С этой целью применяют специальные конструкции свай: сваи с опорным уширением, самораскрывающиеся козловые  сваи, веерные сваи, булавовидные сваи и т.п./см. Т.М. Штоль и др. Технология возведения подземной части зданий и сооружений. Учебн. пособие для вузов. Спец. "Промышл. и гражд. стр-во", м., Строй, изд., 1990, стр., 143-146, 156-158 [2]/.
Недостатками всех указанных конструкций является их сложность, трудоемкость процесса забивки, узкие области применения, а также ограниченное повышение несущей способности свай.
Известны конструкции свай с уширениями, основанные на использовании обычных свай с применением специальных расширителей в нижней части.
Например, известны сваи с устройством для расширения площади опоры, включающие прикрепленные к свае накладки и расширитель с фиксатором, прижатый к свае-оболочке при ее погружении и раскрывающийся дистанционно после ее погружения на необходимую глубину по сигналу сверху/см. Гношинский В.Г. Индустриальные методы возведения свайных фундаментов. Обзор иностранных изобретений, М., 1965,стр. 16-17, фиг. 5 [3]/.
Известны также сваи, включающие ствол с нишами на разных уровнях с размещенными в них выдвижными элементами, и дистанционное приспособление для их выдвижения /см. Экспресс-информация "Транспортное строительство за рубежом", №1, М., 1973, с. 23, рис. 13[4]; а.с. СССР по заявке №2535003/29-33, кл. Е02D 5/54, 18.10.77 [5] /причем, выдвижные элементы могут быть образованы, например, клиньями /см. а.с. СССР 379738, кл. Е02D 5/54, 1971 [6]/, либо трубчатыми элементами овального поперечного сечения, расположенными в выполненной по винтовой линии нише /см. а.с. СССР №746038, кл. Е02D 5/54, 1978 [7]/.
Недостатками всех известных дистанционных устройств является сложность как механизмов управления расширителями сигналами сверху /применение специальных электромеханических, гидравлических и пневматических силовых устройств/, так и трудоемкость самого процесса управления /например, выдвижения без перекосов и заклинивания выдвижных элементов/, значительное дополнительное сопротивление при погружении свай в грунт, недостаточная эффективность повышения несущей способности свай.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является свая, содержащая ствол с выполненными в нем на разных уровнях глухими поперечными нишами, в каждой из которых свободно размещен соответствующий выдвижной элемент с зазором относительно торца ниши, и приспособление для выдвижения элементов, каждое из которых выполнено в виде размещенных в зазоре емкостей, заполненных химическими веществами, образующими при взаимодействии между собой газ /см. а.с. СССР №703624, кл Е02D 5/54, 1977/8, прототип/.
Недостатками устройства-прототипа является предельная сложность и низкая технологичность как самой конструкции, так и процесса ее работы, состоящего из многих стадий/операций: сначала разбитие стеклянной капсулы с щелочью под действием инерционных ударных сил, потом растворение щелочью коллоидной оболочки с алюминиевой пудрой, потом осуществление химической реакции взаимодействия этих двух веществ с образованием газа, потом осуществление давления газом на выдвижные элементы, потом сбрасывание излишков газа при заданной величине уширения, и, как следствие, - низкая надежность за счет большой вероятности несрабатывания хотя бы в одной стадии процесса и значительная трудоемкость.
Сущность полезной модели заключается в создании конструкции забивной сваи с дистанционным механизмом ее уширения после забивки, обеспечивающей предельно простое выдвижение ее элементов по сигналу сверху практически автоматически без использования сложных электромеханических, гидравлических, пневматических исполнительных элементов и осуществления последовательности химических процессов с помощью элементов с особыми физическими свойствами.
Технический результат - упрощение конструкции сваи, повышение ее технологичности, снижение трудоемкости дистанционно регулируемого процесса забивки сваи и повышение его надежности.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известной забивной свае с уширениями, включающей ствол с выполненными в нем на разных уровнях глухими поперечными нишами, в каждой из которых свободно размещен выдвижной элемент и приспособление для его выдвижения из ниши, особенность заключается в том, что приспособление для выдвижения выдвижного элемента представляет собой прикрепленный к закрытому торцу ниши электромагнит с подвижным сердечником, выполненным в виде подпружиненного постоянного стержневого магнита, прикрепленного наружным концом к основанию выдвижного элемента и снабженного фиксирующими защелками, при этом катушки всех электромагнитов последовательно соединены между собой и подключены с помощью гибких проводов, проходящих через связывающее все ниши осевое глухое отверстие, выполненное в стволе сваи, к установленной сверху сваи конденсаторной батарее формирования мощных разрядных импульсов с согласной с сердечниками электромагнитов полярностью.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где схематично на фиг. 1 и фиг. 2 изображены продольные осевые сечения предлагаемой сваи соответственно до и после срабатывания выдвижных элементов.
Забивная свая с уширениями состоит из ствола 1, в котором на разных горизонтальных уровнях выполнены глухие поперечные ниши 2, на каждой из ниш 2 свободно размещен соответствующий выдвижной элемент 3 с основанием 4 увеличенной ширины и ступенчатым выходным отверстием 5 для упора основания 4 при выходе элемента 3, причем ступень отверстия 5 снабжена упругой прокладкой 6 для смягчения удара при импульсном выходе выдвижного элемента 3 из ствола 1, а боковая поверхность ниши 2 снабжена упругими фиксирующими защелками 7 основания 4 выдвижных элементов 3 в их выдвинутом из сваи положении. Для выдвижения каждого выдвижного элемента 3 из ниши 2 свая снабжена специальным приспособлением, представляющим собой прикрепленный к закрытому торцу 8 глухой ниши 2 электромагнит, состоящий из неподвижной катушки 9, плотно вставленной в нишу 2 и прикрепленной к ее торцу 8, и подвижного сердечника 10, соединенного с торцом 8 винтовой цилиндрической пружиной II и выполненного в виде постоянного стержневого магнита, прикрепленного своим наружным концом к основанию 4 выдвижного элемента 3. При этом для облегчения сборки и регулировки рабочей части устройства внутри глухих ниш 2 каждый выдвижной элемент 3 вместе с приспособлением для его выдвижения 9, 10, 11 выполнены в виде единого модуля, прикрепленного к торцу 8 ниши 2, а сам торец 8, выполненный в виде пробки, закрывающей нишу 2 с одного конца, после введения вышеуказанного модуля в нишу 2 фиксируется в зависимости от материала ствола 1 сваи либо с помощью резьбового соединения, либо цементированием. В стволе 1 сваи выполнено осевое глухое отверстие 12, обеспечивающее сообщение полостей всех ниш 2 между собой и с верхом сваи, катушки 9 всех электромагнитов последовательно соединены электрически между собой и подключены с помощью проходящих через отверстие 12 гибких проводов 13 к установленной сверху сваи конденсаторной батарее 14 формирования мощных разрядных импульсов с согласной с сердечниками 10 электромагнитов полярностью.
Работа устройства, то есть образование уширений в предлагаемой свае осуществляется следующим образом.
После забивания находящейся в исходном состоянии сваи /см. фиг. 1/ в рыхлый грунт на заданную глубину в катушки 9 подают от конденсаторной батареи 14 в электрический импульс вышеуказанной полярности с заранее заданной амплитудой, обеспечивающей релейный выход сердечника 10 из катушки 9 с необходимой кинетической энергией, и, соответственно, внедрение выходящей наружу части выдвижного элемента 3 в рыхлый грунт /напомним, что согласная полярность импульса возбуждения и намагниченности сердечника 10 электромагнита обуславливает его релейный выход из катушки 9/ и его фиксацию в этом положении с помощью защелок 7.
Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой, технологичностью, надежностью, позволяет резко сократить трудоемкость дистанционно регулируемого процесса уширения сваи, практически исключает вероятность несрабатывания, то есть практически автоматизировать данный процесс.