Свая винтовая

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие по строительству Институт БелНИИС(72) Авторы Кравцов Владимир Николаевич Назаров Николай Александрович Чеботарь Людмила Сергеевна(73) Патентообладатель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие по строительству Институт БелНИИС(57) Свая винтовая, включающая металлический ствол с винтовой лопастью на нижнем конце, отличающаяся тем, что металлический ствол снабжен жестко расположенным по его длине лидером-уширителем в виде расширяющегося к верху усеченного конуса с цилиндрической верхней частью, при этом лидер-уширитель выполнен с возможностью 15218 1 2011.12.30 установки на металлическом стволе на расстоянии от верхнего конца металлического ствола, равном его свободной длине над планировочной поверхностью плюс глубина промерзания, но не менее чем 1,5 м при использовании сваи в неагрессивных грунтах или не ближе чем на расстоянии, равном диаметру лидера-уширителя от верхней лопасти сваи при использовании сваи в агрессивных грунтах. Изобретение относится к строительству, а именно к свайным фундаментам зданий и сооружений, передающих на основания (преимущественно слабые) повышенные комбинированные нагрузки (вертикальные, сжимающие, выдергивающие, горизонтальные наклонные, моментные), а также предназначено для их реконструкции и усиления, преимущественно в труднодоступных местах, например удаленных от строительных баз и транспортной инфраструктуры, куда доставка сложной энергоемкой техники и материалов затруднена, а также в стесненных городских условиях. Известна свая винтовая комбинированная, содержащая цилиндрический металлический сплошной ствол с винтовой лопастью, выполненной из заостренной плоской полосы,скрученной на один оборот по винту, верхняя часть ствола дополнительно снабжена коническим уширением, которое располагается в уровне поверхности грунта и обеспечивает повышение несущей способности на действие горизонтальных нагрузок 1. Недостатками такой винтовой сваи являются коррозия металла, низкие несущая способность на выдергивание и сопротивление силам выпучивания в слабых грунтах, ненадежность узла сопряжения ствола и лопасти, высокая трудоемкость ее погружения и др.,что ограничивает область применения таких свай опорами оттяжек и временных малонагруженных строений. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по сущности и достигаемому результату является винтовая металлическая свая 2, широко применяемая в России и освоенная в настоящее время в Беларуси ООО ПромСтальКонструкция для возведения фундаментов вышек ЛЭП, радиорелейной, сотовой связи, щитов рекламы и др. сооружений, передающих большие комбинированные нагрузки на фундаменты (прототип). Свая состоит из цилиндрического ствола в виде бесшовной толстостенной трубы и конусного наконечника с одно-, двухвитковой сварной или литой чугунной лопастью шириной 500,850 и 1000 мм. Свая погружается в грунт специальной завинчивающей машиной (кабестаном), навешиваемой на кран, экскаватор и др. специальные механизмы. Выпуск кабестанов налажен в РФ. Свая, за счет уширения пяты винтовой лопастью до 1000 мм, обладает повышенной несущей способностью на выдергивающие, сжимающие и моментные нагрузки. Для предотвращения коррозии лопастей они изготавливаются из металла с медными добавками или из литого чугуна. Недостатками такой винтовой сваи являются большой расход металла и коррозия ее ствола, а также низкая несущая способность на горизонтальное усилие в уровне верха сваи, консольно защемленной в грунте, ослабленном винтовыми полостями, образованными при завинчивании лопасти. Задачи и технический результат, на решение которых направлено изобретение, состоят в повышении несущей способности на действие горизонтальных нагрузок, защите ствола сваи от коррозии, повышении надежности и долговечности, что позволит использовать сваю не только для временных, но и для гражданских и промышленных сооруженийуровня ответственности. Попутно решаются также вопросы повышения несущей способности на сжимающие, выдергивающие, моментные нагрузки, снижения металлоемкости и энергоемкости за счет уменьшения диаметра ствола и ширины лопасти (в связи с увеличением общей несущей способности, в частности, боковой поверхности ствола и ло 2 15218 1 2011.12.30 пасти в результате ее дополнительного обжатия лидером) и, как следствие, уменьшения удельной стоимости винтовой сваи - / (где- стоимость,- несущая способность). Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известной металлической винтовой свае, содержащей металлические наконечник с винтовой лопастью и ствол, последний снабжен лидером-уширителем в виде усеченного конуса, расширяющегося к верху, с цилиндрической верхней частью, закрепленным в любой части ствола по его длине, но не ближе чем на расстоянии от поверхности грунта (планировки), равном глубине его промерзания, и не менее 1,5 м (по критерию среза бетона по металлу от продольного усилия) и не ближе чем на расстоянииот верхней лопасти сваи (где- диаметр уширения). В процессе погружения винтовой сваи в грунт лидер-уширитель на ее стволе выполняет роль бурораскатывающего механизма, образующего вокруг металлического ствола сваи кольцевую скважину без выемки грунта, который вдавливается в ее стенки, упрочняя их и ликвидируя винтовые прорези, образовавшиеся от лопастей сваи в результате ее завинчивания. При расположении лидера-уширителя на расстоянии от верха лопасти, равном диаметру уширения(оптимальный размер из опыта), несущая способность винтовой сваи существенно повышается за счет уплотнения грунта в уровне пяты. После погружения винтовой сваи в грунт и заполнения образованной вокруг ствола сваи кольцевой скважины жестким твердеющим материалом, например бетоном, цементно-песчаным раствором и др., она работает как прочная опора, жестко защемленная в основании верхним и нижним концами, а также по длине ствола, что в 1,5-2 раза повышает несущую способность винтовой сваи на все виды нагрузок, включая горизонтальные, обеспечивает антикоррозионную защиту ствола, а также надежность, долговечность и индустриальность, комплексную механизацию всех работ, сокращение их трудоемкости за счет ликвидации ручного труда при откопке скважины на глубину 1,5 м и сокращение сроков возведения фундаментов до 30 . Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое изобретение отличается от известного решения тем, что цилиндрический ствол сваи снабжен лидеромуширителем, служащим для раскатки грунта и образования уширения (рубашки) вокруг ствола, обеспечивающего повышение несущей способности сваи на горизонтальные и моментные нагрузки, защиту ствола от коррозии, ликвидацию ручных работ, индустриальность и др. Указанные отличительные признаки являются новыми, существенными, необходимыми и достаточными для получения нового положительного эффекта, выражающегося в повышении несущей способности сваи на горизонтальную, выдергивающую и другие нагрузки, в обеспечении коррозионной защиты, снижении трудоемкости, сокращении сроков возведения фундаментов и индустриальности работ. Сравнение заявляемого изобретения с известными конструкциями винтовых свай не выявило в них признаков, дискредитирующих новизну заявляемого решения. Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1-4. На фиг. 1 изображен вариант погруженной в грунт винтовой сваи с лидером-уширителем, расположенным в верхней части ее ствола на расстоянии от планировочной поверхности, равном глубине промерзания, но не менее 1,5 м по условию среза по поверхности металл-бетон от усилия сжатия-выдергивания на фиг. 2 - вариант винтовой сваи с лидером-уширителем в уровне острия сваи на фиг. 3 - поперечное сечение сваи на фиг. 1 и 2 в месте бетонного уширения (разрез -) на фиг. 4 показан общий вид откопанного бетонного оголовка опытной сваи после ее испытания на опытной площадке. Обозначения 1 - металлический ствол винтовой сваи 2 - металлическая лопасть наконечника сваи 3 - лидер-уширитель, закрепленный на стволе сваи 4 - уширение (рубашка вдоль ствола сваи) 5 - винтовые прорези в грунте от погружения лопасти 6 - уплотненный лидером-раскатчиком грунт вдоль ствола сваи. 3 15218 1 2011.12.30 Винтовая свая состоит из металлического ствола 1 преимущественно цилиндрической формы с винтовой одно-, двухвитковой лопастью 2 на нижнем конце. Ствол сваи снабжен лидером-уширителем 3 для устройства уширения (рубашки) 4. Погружают винтовую сваю в грунт, например, завинчиванием кабестаном, предварительно закрепив на стволе постоянный или съемный лидер-уширитель в неагрессивных средах на расстоянии от конца сваи, равном ее свободной длине над поверхностью плюс глубине промерзания грунта (и не менее 1,5 м, фиг. 1), а в агрессивных средах в уровне нижнего конца сваи над лопастью на расстоянии от нее, равном диаметру лидера уширителя(фиг. 2). Свая за счет винтовой лопасти 2 и крутящего момента, передаваемого ей от кабестана,погружается в грунт до проектной отметки, параллельно раздвигая его лидером-уширителем в стороны, уплотняя окружающий грунт вдоль ствола, и заполняет прорези 5, образованные ее лопастью (фиг. 1). В результате вдоль ствола сваи образуется цилиндрическая скважина с уплотненными стенками и упрочненным грунтом 6. Погружение сваи осуществляется до полного ее внедрения. Затем кольцевая полость заполняется любым известным твердеющим антикоррозионным материалом, как правило бетоном, цементнопесчаным раствором и др., например, укладкой с вибрированием или инъекцированием, после чего свая способна воспринять значительные комбинированные нагрузки, в том числе горизонтальные, и защищать металлический ствол сваи от коррозии. Винтовой наконечник сваи, как правило, сразу выполняется из антикоррозионных материалов. Техническое решение согласно изобретению просто в изготовлении, технологично,индустриально, обеспечивает положительный эффект и реализовано на производстве в виде опытной партии (фиг. 4). Источники информации 1.1895 , 2005. 2. Железнов В.Н. Винтовые сваи в энергетической и других отраслях строительства. С.-Петербург Прагма, 2004. - С. 16, 20, 41. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5