СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ СТАКАННОГО ТИПА СОСТАВНОЙ МОДУЛЬНОЙ СВАИ И НАГОЛОВНИК ДЛЯ ТАКОЙ СВАИ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к стыковым соединениям стаканного типа составных свай, состоящих из сборных железобетонных модульных секций, погружаемых в грунт ударно-динамическим методом, и наголовникам, используемых для предохранения верхних стыковочных элементов при погружении модульных секций.
Известна металлическая натяжная муфта стаканного типа для стыкового соединения двух сборных железобетонных свай, погружаемых в грунт ударно-динамическим методом [патент US 4537534, опубл. 27.08.1985]. По высоте соединительная муфта разделена горизонтальной разделительной пластиной на нижнюю коробчатую часть, устанавливаемую на верхний торцевой конец погруженной в грунт сваи, и верхнюю коробчатую часть, в которую устанавливается нижний торцевой конец сваи, подготовленной к погружению в грунт. Плоскости двух противоположно расположенных стенок натяжной муфты не приварены к горизонтальной разделительной пластине и вдавлены во внутреннее пространство муфты, при этом верхние и нижние кромки стенок отогнуты по периметру муфты наружу в виде расширяющихся раструбов, в которые устанавливаются квадратные торцевые концы железобетонных свай (см. FIG. 2 и FIG. 5). Под воздействием ударно-динамической нагрузки сваебойной установки нижний торцевой конец подготовленной к погружению сваи запрессовывают в верхнюю коробчатую часть соединительной муфты, при этом нижнюю коробчатую часть муфты одновременно натягивают на верхний торцевой конец погруженной в грунт сваи, в результате чего противоположно расположенные стенки, вдавленные во внутреннее пространство соединительной муфты и не приваренные к горизонтальной разделительной пластине, раздвигаются, плотно прилегая к бетонным поверхностям торцевых концов свай, обеспечивая их соединение. Состыкованные таким образом сваи при помощи сваебойной установки погружают в грунт до заданной глубины. Недостатками известной натяжной муфты являются ее ненадежность из-за отсутствия в стыковом соединении центрирующих элементов, что не позволяет точно совместить и зафиксировать торцевые концы стыкуемых свай и может привести к их смещению относительно друг друга в процессе погружения в грунт; опасность образования сколов и растрескиваний на торцевых концах свай при приложении к ним ударно-динамической нагрузки из-за отсутствия амортизирующих прокладок, что может привести к усложнению и удорожанию свайных работ из-за необходимости восстановления разрушенных концов свай или их полной замены; недолговечность стальной стыковочной муфты из-за отсутствия на ней гидроизолирующего слоя, что способствует ее быстрой коррозии и разрушению во влажной грунтовой среде.
Также, известно стыковое соединение стаканного типа составной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей по меньшей мере из одной сборной железобетонной модульной секции [патент EP 0633360, опубл. 11.01.1995]. Стыковое соединение содержит стальную соединительную обойму, состоящую из двух полукруглых щитов, по высоте которых выполнены параллельные волнообразные профили, а на продольных отогнутых кромках щитов, во впадинах волнообразных профилей, выполнены отверстия под стягивающие болты. Вокруг обоих концов железобетонной секции приварены к закладным деталям стальные наконечники, по высоте которых также выполнены параллельные волнообразные профили, совпадающие с волнообразными профилями полукруглых щитов обоймы. В центре обоих торцов модульной секции, на ее оси, расположены конусообразные гнезда для установки центрирующего штифта, предназначенного для стыкования подготовленной к погружению секции с секцией, ранее погруженной в грунт. Под воздействием ударно-динамической нагрузки сваебойной установки центрирующий стыковочный штифт запрессовывают в торцевые гнезда стыкуемых секций, в результате чего их концы сближаются, а на волнообразные профили стальных наконечников одевают полукруглые щиты соединительной обоймы, сближают их, совмещают отверстия под болты и стягивают ее с двух сторон в виде гофрированного стакана, плотно обжимающего концы состыкованных секций. Соединенные таким образом свайные секции при помощи сваебойной установки погружают в грунт до заданной глубины. Недостатками известного стыкового соединения являются сложный и трудоемкий процесс установки и закрепления соединительной обоймы на состыкованных концах железобетонных модульных секций в условиях строительной площадки; опасность образования сколов и растрескиваний на торцевых концах секций при приложении к ним ударно-динамической нагрузки из-за отсутствия амортизирующих прокладок, что может привести к усложнению и удорожанию свайных работ из-за необходимости восстановления концов секций или их полной замены; недолговечность стальной соединительной обоймы из-за отсутствия на ней гидроизолирующего слоя, что способствует ее быстрой коррозии и разрушению во влажной грунтовой среде.
Наиболее близкой по технической сущности является стыковое соединение стаканного типа составной модульной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей по меньшей мере из одной самоцентрирующейся сборной железобетонной модульной секции [патент RU 107533, опубл. 20.08.2011]. На верхнем конце модульной секции выполнен стыковочный элемент в виде цилиндрического стального стакана с вогнутой полусферической поверхностью бетонного днища, а на нижнем конце секции выполнен стыковочный элемент в виде бетонного выступа с выпуклой полусферической торцевой поверхностью для установки в стальной стакан верхнего стыковочного элемента нижерасположенной свайной секции. Радиус полусферической поверхности днища стального стакана верхнего стыковочного элемента секции выполнен больше радиуса полусферической торцевой поверхности выступа нижнего стыковочного элемента на 2-5%. Для предохранения от разрушения стального стакана верхнего стыковочного элемента модульной секции при ее погружении в грунт ударно-динамическим методом, секция снабжена инвентарным съемным наголовником. Низ наголовника выполнен по типу торцевой поверхности выступа нижнего стыковочного элемента модульной секции и имеет такую же выпуклую полусферическую поверхность, совпадающую с вогнутой полусферической поверхностью днища стального стакана верхнего стыковочного элемента. Процесс стыкования модульных секций сваи осуществляют следующим образом. В стальной стакан верхнего стыковочного элемента модульной секции, погружаемой в грунт, устанавливают наголовник, через который на днище секции передается ударная нагрузка от молота сваебойной установки. По установленному в стакан наголовнику производят удары молотом до тех пор, пока свайная секция не зайдет в грунт на глубину, при которой ее верхний стыковочный элемент будет доступным на поверхности строительной площадки для стыкования со следующей погружаемой секцией. Затем наголовник извлекают из стакана верхнего стыковочного элемента погруженной в грунт секции и на его место устанавливают выступ нижнего стыковочного элемента следующей погружаемой секции. Далее, прилагая ударно-динамическую нагрузку, погружают состыкованные секции в грунт, при этом одновременно происходит их самоцентрирование за счет конфигурации стыкового соединения стаканного типа. Недостатками известного стыкового соединения являются опасность образования сколов и растрескиваний в бетонном днище стального стакана, расположенного на верхних концах железобетонных секций, при приложении к ним ударно-динамической нагрузки из-за отсутствия амортизирующей прокладки под наголовником, что может привести к усложнению и удорожанию свайных работ из-за необходимости восстановления концов секций или их полной замены; недолговечность стального стакана из-за отсутствия на нем гидроизолирующего слоя, что способствует его быстрой коррозии и разрушению во влажной грунтовой среде.
Технической задачей для предлагаемой полезной модели является повышение ударостойкости стыковочных элементов железобетонных модульных секций составных свай при погружении в грунт ударно-динамическим методом и устранение опасности их повреждения и разрушения, обеспечение их долговечной и надежной работы под нагрузкой.
Для решения поставленной технической задачи предлагается стыковое соединение стаканного типа составной модульной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей по меньшей мере из одной самоцентрирующейся сборной железобетонной модульной секции, на верхнем конце модульной секции выполнен стыковочный элемент в виде цилиндрического стального стакана, приваренного к концам продольной арматуры железобетонной секции, а днище стакана выполнено в виде вогнутой полусферической армированной бетонной поверхности, при этом верхний стыковочный элемент снабжен инвентарным съемным наголовником, предохраняющим его от повреждения при погружении модульной секции в грунт, где низ наголовника имеет выпуклую полусферическую поверхность, повторяющую вогнутую полусферическую поверхность днища цилиндрического стакана, а на нижнем конце модульной секции выполнен стыковочный элемент в виде армированного бетонного выступа с выпуклой полусферической торцевой поверхностью для установки в стальной стакан верхнего стыковочного элемента нижерасположенной модульной секции. Новым является то, что наголовник выполнен составным, где его верхняя часть выполнена жесткой из твердого материала, а нижняя часть выполнена упругой из амортизирующего материала, при этом между вогнутой полусферической армированной бетонной поверхностью днища стакана верхнего стыковочного элемента нижерасположенной модульной секции и выпуклой торцевой полусферической поверхностью армированного бетонного выступа нижнего стыковочного элемента вышерасположенной модульной секции расположен слой конструкционной растворной смеси, уплотняющейся при погружении модульных секций и твердеющей после погружения секций в грунт. Верхние стыковочные элементы модульной секции станут долговечными, если перед ее погружением в грунт на наружной поверхности стального стакана, расположенного на верхнем конце секции, будет выполнен гидроизоляционный слой. Верхняя часть наголовника может быть выполнена из стали, что позволит ему непосредственно воспринимать ударно-динамические нагрузки от молота сваебойной установки, при этом высота верхней части наголовника может составлять от 3/4 до 1/2 его общей высоты, в зависимости от величины прилагаемой ударно-динамической нагрузки и размеров сечения модульной секции. Ударостойкость армированного бетонного днища стального стакана на верхнем конце модульной секции станет высокой, если нижняя часть устанавливаемого в стакан наголовника будет выполнена из полимерного амортизирующего материала, при этом нижняя часть наголовника может составлять от 1/4 до 1/2 его общей высоты. Предпочтительно, если толщина слоя конструкционной растворной смеси в стыковом соединении модульных секций будет составлять от 5 до 25 мм, что позволит повысить его надежность при работе под нагрузкой.
Полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг. 1 показан продольный разрез верхнего стыковочного элемента модульной секции с установленным в стальной стакан составным наголовником, на фиг. 2 показан продольный разрез стыкового соединения двух модульных секций перед их погружением в грунт.
Полезная модель поясняется на примере выполнения стыкового соединения стаканного типа составной модульной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей из самоцентрирующихся сборных железобетонных модульных секций.
1
2
На верхнем конце модульной железобетонной секции 1 выполнен стыковочный элемент в виде цилиндрического стального стакана 2, изготовленного из бесшовной трубы по ГОСТ 8732-78 диаметром ⌀=273 мм, высотой 320 мм и толщиной стенок δ=8 мм. Стальной стакан 2 приварен к концам продольной арматуры железобетонной секции 1 в заводских условиях при ее изготовлении. Днище стакана 2 выполнено в виде вогнутой полусферической армированной бетонной поверхности и ее радиус составляет R=160 мм. На наружную поверхность стального стакана 2 нанесен гидроизоляционный слой 3 из двухкомпонентной полимерно-битумной мастики, напыляемой в холодном состоянии и быстро твердеющей на воздухе. Верхний стыковочный элемент модульной секции 1 снабжен инвентарным съемным наголовником 4, предохраняющим его от повреждения при погружении модульной секции 1 в грунт (см. фиг. 1). Наголовник 4 выполнен составным, и его верхняя часть 5 выполнена жесткой из стального литья, на которой уложена промежуточная дубовая подушка 6 толщиной около 100 мм. Нижняя часть 7 наголовника 4 выполнена упругой в виде амортизирующего вкладыша, изготовленного из полимерного композиционного материала-полиамида-6 (капролон). Высота верхней стальной части 5 наголовника 4 в данном примере составляет 3/4 его общей высоты и равна 240 мм, а высота нижней части 7 наголовника 4, выполненной в виде полимерного амортизирующего вкладыша, составляет 1/4 его общей высоты и равна 80 мм. Соприкасающаяся с днищем стального стакана 2 нижняя выпуклая полусферическая поверхность амортизирующего вкладыша повторяет его вогнутую полусферическую армированную бетонную поверхность. На нижнем конце вышерасположенной железобетонной модульной секции 8 выполнен стыковочный элемент в виде армированного бетонного выступа 9 с выпуклой полусферической торцевой поверхностью, радиус которой составляет R=156 мм (см. фиг. 2). В стыковом соединении между выступом 9 вышерасположенной секции 8 и днищем стакана 2 нижерасположенной секции 1 уложен слой конструкционной растворной смеси 10 из цементно-песчаной композиции, в данном примере толщиной 15 мм, уплотняющейся при погружении модульных секций 1, 8 и твердеющей после их погружения в грунт. Процесс стыкования самоцентрирующихся модульных секций 1, 8 составной сваи осуществляют следующим образом. На днище стального стакана 2 верхнего стыковочного элемента модульной секции 1, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом, укладывают нижнюю амортизирующую часть 7 наголовника 4, на которую устанавливают его верхнюю часть 5, выполненную из стального литья. Между шаботом молота сваебойной установки (не показан) и верхней стальной частью 5 наголовника 4 устанавливают промежуточную дубовую подушку 6 (см. фиг. 1). Через шабот молота производят удары сваебойной установкой по верхней стальной части 5 наголовника 4, установленному в стальной стакан 2 верхнего стыковочного элемента модульной секции 1, до тех пор, пока секция 1 не погрузится в грунт на глубину, при которой ее верхний стыковочный элемент будет доступным на поверхности строительной площадки для стыкования с погружаемой модульной секцией 8. Затем верхнюю стальную часть 5 наголовника и нижнюю амортизирующую часть 7, выполненную в виде вкладыша, извлекают из стального стакана 2 верхнего стыковочного элемента погруженной в грунт секции 1 и устанавливают их в стальной стакан верхнего стыковочного элемента (не показан) погружаемой секции 8, а на вогнутое армированное бетонное днище стакана 2 погруженной секции 1 укладывают слой конструкционной растворной смеси 10 из цементно-песчаной композиции, на которую устанавливают выпуклый армированный бетонный выступ 9 нижнего стыковочного элемента погружаемой секции 8. После нанесения быстротвердеющего гидроизоляционного слоя 3 на наружную поверхность цилиндрического стакана 2 секции 1, прикладывают ударно-динамическую нагрузку P через промежуточную дубовую подушку 6 к наголовнику 4 и погружают состыкованные модульные секции 1,8 в грунт, при этом одновременно происходит их самоцентрирование за счет полусферической конфигурации стыковочных элементов вышеописанного стыкового соединения стаканного типа.
Приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления полезной модели и ни в коей мере не ограничивает объем правовой охраны, представленный в ее формуле, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен реализовать и другие пути осуществления данного технического решения.