ВИНТОВАЯ СВАЯ

Область техники
Полезная модель относится к области строительства и может быть применена в конструкции для опор мостов, фундаментов мачт, башен, опор линий электропередач и устройства фундаментов зданий, работающих на знакопеременные вертикальные и горизонтальные нагрузки в разных климатических условиях.
Уровень техники
Известно решение винтовой сваи, включающее металлическую трубу с размещенной на ней винтовой металлической навивкой (см. RU, патент №2073084, кл. Е02Д 5/38, 1997 г.). Недостатками известной винтовой сваи является низкая несущая способность сваи, недостаточная надежность сваи, обусловленная тем, что металл подвергается коррозии, что приводит к разрушению сваи.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является, принятое за прототип, решение винтовой сваи, включающее полый корпус с антикоррозийным покрытием его наружной и внутренней поверхности, снабженный винтовой навивкой в виде лопасти, проходящей по всей длине корпуса (см. RU, патента №2304664, кл. E02D 5/56, 2006 г.). При этом, в качестве антикоррозионного покрытия в решении известном из прототипа используется морозостойкий полимерный материал, например, полипропилен, который наносится в один слой, с толщиной наружного слоя до 30 мм. К числу недостатков решения следует отнести непрочность сцепления покрытия с элементами конструкции и, как следствие, быстрое истирание и разрушения покрытия при установке сваи в грунт, а также вследствие воздействия агрессивных сред при эксплуатации сваи в составе опорных конструкций.
Раскрытие полезной модели
Технической задачей настоящей полезной модели является расширение арсенала средств, устранение вышеуказанного недостатка, увеличение срока службы винтовой сваи в агрессивных грунтах и улучшение контроля качества.
Технический результат, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении конструктивной несущей способности, надежности и долговечности сваи, повышения достоверности экспресс-контроля состояния сваи при ее демонтаже из опорных конструкций.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что используют винтовую сваю, включающую ствол в виде металлической трубы с винтовой поверхностью в нижней части и металлическим оголовком в верхней части, содержащую антикоррозийное покрытие. Заявленное решение полезной модели отличается от прототипа тем, что антикоррозийное покрытие нанесено на наружную поверхность ствола и оголовка и выполнено многослойным, содержащим, по меньшей мере, два слоя разных цветов покрывного материала на эпоксидно-антраценовой основе, с обеспечением возможности формирования индикатора качества покрытия и степени износа покрывного материала по визуально определяемой целостности цветового покрытия по меньшей мере одного слоя.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели, антикоррозийное покрытие дополнительно содержит слой грунтовки, нанесенный на поверхность металлической конструкции сваи и расположенной ниже слоя покрывного материала. При этом, индикатор качества покрытия и степени износа покрывного материала выполнен выше винтовой поверхности.
В одном из вариантов осуществления полезной модели грунтовка выполнена на основе эпоксидной смолы, предпочтительно, с высоким содержанием цинка.
При этом, согласно заявленной полезной модели, наилучший результат может быть достигнут при использовании двухкомпонентного покрывного материала на основе эпоксидно-антраценовой масляной композиции с минеральными наполнителями.
Винтовая поверхность согласно полезной модели может быть выполнена в виде винтовой лопасти шириной не менее половины диаметра ствола, а оголовок соединен с анкерным стержнем.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется на чертеже представляющем вертикальный разрез винтовой сваи, представленном на Фигуре и примером реализации, описанным ниже.
Следует отметить, что прилагаемый чертеж иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и поэтому не может рассматриваться в качестве ограничений содержания полезной модели, которое включает другие варианты выполнения.
Осуществление полезной модели
Как следует из чертежа, представленного на Фигуре, винтовая свая состоит из заостренного снизу трубчатого, металлического ствола 1, с прикрепленной к нему, например, сваркой, винтовой поверхностью в виде винтовой лопасти 2, выполненной, в частности, шириной не менее половины диаметра ствола 1. В верхней части к корпусу ствола 1 жестко прикреплен опорный элемент - оголовок 3, с закрепленным на нем анкерным стержнем 4.
Внешняя поверхность сваи выполнена с трехслойным покрытием 5, где нижний слой выполнен из грунтовки 6 на основе эпоксидной смолы, например, с большим содержанием цинка, характеризующейся высокой стабильностью при воздействии нагрузок, а также высокой прочностью сцепления с металлической конструкцией сваи. Опытным путем установлено, что наиболее оптимальным является слой грунтовки лежащий в пределах от 20 до 60 мкм, так как при более тонком слое грунтовочного материала снижаются прочностные характеристики грунтовки, что приводит к снижению взаимодействия грунтовочного материала с металлом сваи и нарушается технология покрытия. Большая толщина грунтовочного покрытия нецелесообразна как из-за экономических показателей, так и технологически, так как чрезмерная высота слоя может привести к неконтролируемому растрескиванию грунтовочного материала в процессе эксплуатации сваи, а также формированию потеков, снижающих сцепление грунтовочного слоя с наносимым поверх финишным покрытием
Слой грунтовки 6 покрыт внешним финишным антикоррозийным двухкомпонентным покрывным материалом 7, выполненным на эпоксидно-антраценовой основе. В качестве покрывного материала 7 может быть, в частности использовано покрытие на эпоксидно-антраценовой масляной основе, характеризующееся высокой стойкостью к эксплуатационным нагрузкам, истиранию и воздействию агрессивных сред.
Покрывной материал 7 наносится в два слоя, каждый из которых содержит краситель отличного от другого цвета, придающие слоям соответствующую монохромную окраску. Изменение цвета, любого слоя покрывного материала, свидетельствует о изменении его физико-химических свойств и нарушении целостности, что позволяет сделать вывод о дефектности антикоррозийной защиты в целом и необходимости ее обновления, обеспечивая тем самым сохранность конструкции самой сваи и увеличивая ее срок службы. Экспериментальным путем установлено, что при нанесении покрывного материала наиболее оптимальным является выполнение нижнего, первого, слоя красным и толщиной от 24 до 36 мкм. Наиболее оптимальная толщина сухого покрытия второго, внешнего слоя, выполняемого черным лежит в пределах от 45 до 56 мкм. При меньшей толщине слоя покрывного материала существенно уменьшаются прочностные характеристики покрытия и возрастает возможность его повреждения при завинчивании сваи в грунт. Большая толщина покрывного материала не целесообразна из-за экономических и физико-механических свойств покрывного материала, так как. так же, как и для грунтовки, появляется вероятность растрескивания покрывного материала при соприкосновении с камнями.
Первый слой, выполненный красным цветом, является индикатором всего покрывного материала винтовой сваи вследствие хорошей реакции изменения цветовых характеристик слоя от малейших изменений физико-химических свойств слоя, а также возможности дифференциации повреждений по изменению цветового покрытия.
Винтовая свая согласно полезной модели может быть изготовлена следующим образом.
На металлическом стволе, выполненном из стальной трубы с заостренным концом, сваркой, в области заостренно конца закрепляют винтовую поверхность, в виде винтовой лопасти. В верхней части ствола, также с помощью сварки закрепляют оголовок, являющийся опорным элементом, жестко связанный с анкерным стержнем.
Далее на поверхность ствола сваи, выше уровня винтовой поверхности, и поверхность оголовка осуществляют нанесение антикоррозийного покрытия, включающего слой грунтовки и два слоя покрывного материала.
Перед нанесением грунтовочного материала выполняют очистку поверхности сваи от грязи, смазки и жира. Очистка выполняется пескоструйным способом до степени чистоты Sa 2½ по стандарту ENISO 12944. после этого выполняют подготовку грунтовочного материала к нанесению на поверхность сваи. Нанесение грунтовочного материала, выполненного на основе эпоксидной смолы может быть выполнено как распылением, так и кистью, при этом, для обеспечения надежного сцепления с металлической конструкцией сваи минимальная температура воздуха, при нанесении грунтовки, должна быть не менее +5°C. При оптимальной толщине грунтовочного слоя от 20 до 60 мкм время высыхания занимает от 3 до 60 мин., при температуре воздуха от +5 до +80°C. После полного высыхания грунтовочного материала выполняют нанесение финишного покрывного материала на эпоксидно-антраценовой основе, которое наносится в два слоя и разным цветом, что позволяет обеспечить возможность определения степени износа покрывного материала, в случае повторного использования винтовой сваи. Нанесение покрытия также выполняют распылением или кистью. Для обеспечения нужной толщины покрывного материала сваи нужно расходовать покрытие от 0,25 до 0,340 кг/м2, такой расход материала придает винтовой свае высокую стойкость к эксплуатационным нагрузкам, стойкость к истиранию и ударным нагрузкам, а также высокую стойкость к воздействию воды и химикатов. Первый слой наносится красным цветом и является индикатором всего покрывного материала винтовой сваи. Второй слой наносится черным цветом и выполняет роль основной защиты винтовой сваи. Минимальная температура воздуха для нанесения двухкомпонентного покрытия на эпоксидно-антраценовой основе должна быть не менее +5°C. Время высыхания первого слоя оптимальной толщиной от 24 до 36 мкм занимает от 6 до 36 часов, при температуре воздуха от +5 до +30°C. Время высыхания второго слоя, оптимально толщиной от 45 до 56 мкм, занимает от 24 до 96 часов, при температуре воздуха от +5 до +30°C. Окончательное высыхание двухкомпонентного покрывного материала достигается через 10 дней, при температуре воздуха от +10 до +30°C.
Слои покрывного материала выше уровня винтовой поверхности могут быть выполнены с обеспечением возможности формирования индикатора качества покрытия и степени износа покрывного материала по любому из слоев покрывного материала, например, нанесением слоев со смещением или любым иным способом, позволяющим осуществлять визуальную оценку целостности цветового покрытия.
При использовании сваи, ее погружают в грунт вращением путем приложения к стволу 1 осевого усилия и крутящего момента. При этом антикоррозийное покрытие обеспечивает не только защиту от агрессивных сред, но и улучшает процесс установки сваи в грунт, за свет более легкого скольжения и демпфирования нагрузки на конструкцию сваи.
При изъятии сваи из опорной конструкции по состоянию цветового покрытия определяют работоспособность устройства и при необходимости усиливают антикоррозийную защиту. Таким образом, винтовая свая с многослойным антикоррозийным покрытием позволяет усилить конструктивную несущую способность сваи, способствует повышению надежности и долговечности ее эксплуатации, а также обеспечивает возможность за счет применения разноцветных слоев покрывного материала осуществления экспресс-контроля состояния сваи при ее демонтаже из опорных конструкций с высокой степенью достоверности.