БЕТОННАЯ ВИНТОВАЯ СВАЯ И СПОСОБ ЕЕ МОНТАЖА
CONCRETE SCREW PILE AND METHOD OF ITS MOUNTING

Изобретение относится к области строительства, а именно к элементам фундамента зданий, опор линий электропередач, опор контактной сети, вышек сотовой связи, ограждений, анкерных закреплений, в опорах временных мостов, трубопроводов, причалов и пр.
Из уровня техники известны конструкции винтовых свай.
Известна конструкция железобетонной сваи, которая имеет бетонный слой с цилиндрической трубой внутри, при этом на конце сваи предусмотрена винтовая резьба, а внутри трубы выполнены поперечные перекладины (патент США №5188485, опубликован 23.02.1993 г.).
Недостатком указанной конструкции является ее недостаточная прочность, обусловленная наличием перекладин внутри трубы, которые не обеспечивают равномерность распределения внешней нагрузки при погружении сваи в грунт. Также сложная конструкция сваи не позволяет получить высоконадежное изделие, что отражается на снижении срока службы как самой конструкции, так и тех объектов, которые используют сваю в качестве элемента фундамента.
Из описания к патенту РФ №83078 (опубликован 20.05.2009 г.) известна сборная железобетонная бурозавинчиваемая свая, состоящая из железобетонного ствола переменного сечения с арматурным каркасом из продольных стержней и поперечной навивки арматуры, закрепленной на боковой поверхности ствола винтовой навивки и разрыхляющего наконечника, при этом железобетонный ствол сваи имеет форму параболоида вращения, а винтовая навивка на боковой поверхности ствола выполнена предварительно напряженной непрерывной или прерывистой с переменным шагом в соответствии с распределением усилий в стволе, возникающих при ввинчивании сваи в грунт, и зафиксирована на продольном стержне арматурного каркаса железобетонного ствола, причем винтовая навивка на боковой поверхности ствола выполнена в направлении, противоположном поперечной навивке арматуры арматурного каркаса железобетонного ствола. Ствол сваи выполнен из бетона класса В 25.
Сложная конструкция сваи, связанная с получением ствола с формой параболоида вращения, а также выполнением переменного шага винтовой навивки, приводит к повышению трудоемкости ее изготовления. При этом не обеспечивается достаточная прочность конструкции из-за неравномерности усилий, обусловленных удалением точки приложения силы для ввинчивания (верхняя наземная часть конструкции) и частью конструкции, ввиничиваемой в грунт, что в итоге не позволяет получить надежное изделие, способное в течение длительного времени выдерживать внешнюю нагрузку.
Наиболее близким аналогом к патентуемой конструкции бетонной винтовой сваи под закрутку внутренним винтовым ключом является железобетонная винтовая свая, содержащая металлическую трубу, обвитую по спирали конструкционной арматурой и имеющую отверстия на боковой поверхности наземной части сваи для ее закручивания в грунт (патент РФ №114693, опубликован 24.11.2011 г.).
Наиболее близким аналогом к патентуемому способу монтажа бетонной винтовой сваи является способ, известный также из вышеуказанного патента РФ №114693 (опубликован 24.11.2011 г.), который заключается в том, что роют приямок (небольшое углубление конической формы), предназначенный для того, чтобы режущая кромка лопасти сразу же вошла в контакт с грунтом, затем винтовую сваю устанавливают в приямок в вертикальное положение и начинают вращать, при этом нижняя часть лопасти, расположенная на конической части сваи, и далее вся лопасть входит в грунт и преобразует вращательное усилие в поступательное, обеспечивая продвижение и заделку сваи в грунт без вертикальной пригружающей силы, далее ствол сваи заходит в скважину, образованную конической частью сваи с лопастью. При этом через отверстия, расположенные на боковой поверхности наземной части сваи продевают балку, далее за свободные концы балки при движении по кругу осуществляют ввинчивание сваи в грунт. Для вращения балки по кругу требуется привлечение рабочей силы.
Указанные конструкция сваи и способ ее монтажа являются неудобными в использовании, так как требуют задействования дополнительной рабочей силы. Погружение сваи в данном случае происходит с невысокой скоростью, что приводит к повышению трудоемкости ее установки. Также указанную сваю покрывают материалом на основе порошковой краски во избежание гниения, который при закручивании сваи в грунт стирается, что не позволяет обеспечить необходимую надежность изделия. Кроме того, рассмотренные конструкция сваи и способ ее монтажа не позволяют обеспечить необходимую прочность и надежность из-за неравномерности усилий, обусловленных удалением точки приложения силы от ввинчиваемой части конструкции.
Задачей изобретения является получение простой конструкции бетонной винтовой сваи, снижение трудоемкости ее установки в грунт.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструкции бетонной винтовой сваи и способа ее монтажа за счет обеспечения равномерности прилагаемых усилий при завинчивании сваи в грунт.
Заявленный технический результат достигается за счет использования конструкции бетонной винтовой сваи, включающей полый ствол из бетона, внутри которого коаксиально расположена полая профильная металлическая труба, обвитая конструкционной арматурой и выполненная с возможностью установки в ее полость внутреннего ключа для закрутки, при этом оконечная часть сваи содержит буровой виток, выполненный металлическим.
Под буровым витком подразумевается виток, посредством которого запускается процесс заглубления бетонной винтовой сваи в грунт.
Также заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа монтажа бетонной винтовой сваи, заключающегося в том, что в полость полой профильной металлической трубы заводят внутренний ключ для закрутки бетонной винтовой сваи, устанавливают оконечную часть бетонной винтовой сваи с металлическим буровым витком в приямок и, вращая за головку ключа, заглубляют бетонную винтовую сваю, после чего внутренний ключ извлекают из полости полой профильной металлической трубы, заливают указанную полость бетоном, заделывают приямок грунтом.
Дополнительно для закрутки в грунт полый ствол из бетона на боковой поверхности его оконечной части может содержать шнек с бетонными лопастями, которые выполняются в продолжение металлического бурового витка, что также повышает несущие характеристики сваи.
Полый ствол из бетона может быть выполнен со сквозной полостью.
Кроме этого, профильная металлическая труба, полость внутри нее, внутренний ключ для закрутки могут быть выполнены прямоугольного сечения.
Наличие полой профильной металлической трубы, выполненной с возможностью установки в ее полость внутреннего ключа для закрутки, позволяет максимально приблизить точку приложения воздействия силы для закручивания сваи в грунт к ввинчиваемой части конструкции сваи - ее оконечной части, что позволяет равномерно и точно распределить прилагаемые усилия только на указанную нижнюю часть конструкции, снизив тем самым нагрузку с верхней части ствола сваи, обеспечив повышение прочности и надежности конструкции и ее монтажа. Наличие внешней бетонной оболочки позволяет выдерживать увеличенные нагрузки, оказываемые на нижнюю ввинчиваемую часть конструкции, а также в процессе эксплуатации исключает взаимодействие полой профильной металлической трубы с грунтовыми водами, защищая ее тем самым от коррозии и в целом способствуя повышению прочности конструкции, ее надежности при монтаже и дальнейшем использовании. Заливка бетоном полости полой профильной металлической трубы после извлечения из нее внутреннего ключа для закрутки также увеличивает прочность указанной трубы, исключает попадание внутрь воды и осадков, не позволяя ей быть раздавленной при морозах.
Следует также отметить, что использование бетонной оболочки и внутреннего ключа для закрутки, которые принимают на себя максимальную часть внешней нагрузки при монтаже сваи, позволяют выполнить полую профильную металлическую трубу тонкостенной, что способствует снижению металлоемкости и в целом делает решение экономичным.
На фиг. 1 представлен общий вид бетонной винтовой сваи без установки внутреннего ключа для закрутки, на фиг. 2 - общий вид полой металлической профильной трубы с арматурой, на фиг. 3 - общий вид внутреннего ключа для закрутки, на фиг. 4 - общий вид бетонной винтовой сваи с установленным внутренним ключом для закрутки.
Свая содержит полый ствол 1 из бетона, внутри полости которого размещена полая металлическая профильная труба 2, обвитая по спирали конструкционной арматурой 3. Указанная труба 2 может быть выполнена прямоугольного сечения и может иметь полость также прямоугольного сечения. На конце оконечной части ствола 1 сваи расположен металлический буровой виток 4, который является первым витком, прорезающим грунт при заглублении сваи. На боковой поверхности оконечной части ствола 1, входящей в грунт, может быть расположен шнек 5 с бетонными лопастями 6, выполненными за одно целое со стволом 1 и являющимися продолжением металлического бурового витка 4. Внутренний ключ 7 для закрутки сваи может быть выполнен из металлического профиля прямоугольного сечения, длина которого должна быть не меньше длины (высоты) сваи, на одном конце которого перпендикулярно приварена головка 7.
Также полость внутри полой металлической трубы 2 и внутренний ключ 7 для закрутки сваи могут иметь сечение в форме многоугольника (например, шестиугольника и т.д.). Основное требование здесь - совпадение формы сечений указанных элементов, а также их размеров таким образом, чтобы ключ 7 мог войти в зацепление с полостью трубы 2 с целью получения неразъемного соединения сваи и ключа 7 с последующим ввинчиванием сваи в грунт.
Внутренний ключ 7 для закрутки может закручиваться посредством автоматизированных устройств, что исключает привлечение дополнительной рабочей силы и снижает трудоемкость установки сваи в грунт.
Внутренний ключ 7 для закрутки является многоразовым и выполняется из высоко легированной стали или композиционного материала, хорошо сопротивляющихся кручению.
Установка сваи происходит следующим образом.
Готовят приямок, обычно конической формы. В полость сваи, внутрь и продольно металлической профильной трубы 2 устанавливают внутренний ключ 7 для закрутки с головкой 8, размер которой превышает ширину (диаметр) металлической профильной трубы 2. После этого сваю поднимают и устанавливают перпендикулярно в приямке. Далее, вращают за головку 8 ключа 7, при этом происходит прорезывание грунта сначала металлическим буровым витком 4, а потом бетонными лопастями 6 шнека 5 при их наличии и заглубление сваи. После чего внутренний ключ 7 для закрутки извлекают из полости полой металлической профильной трубы 2, заливают указанную полость бетоном, а приямок заделывают грунтом.
Заявляемые конструкция бетонной винтовой сваи и способ ее монтажа являются простыми в использовании, позволяют получить надежное и экономичное изделие с повышенным сроком службы.