Устройство для завинчивания винтовых пят свай

 

Изобретение относится к строительству свайных фундаментов для гражданских и промышленных сооружений. Технический результат изобретения - повышение производительности труда посредством механизации процесса завинчивания винтовых пят свай и повышение несущей способности свай. Технический результат достигнут тем, что устройство для завинчивания винтовых пят свай включает винтовую пяту, извлекаемую металлическую трубу, которая размещена с возможностью скольжения во внутренней муфте захвата и соединена через храповый механизм с внешней муфтой, снабженной двумя симметричными плечами. Каждое из плеч шарнирно соединено с силовой парой гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно установленных на корпусе, подвешиваемом на транспортное средство. Винтовая железобетонная пята сваи армирована спиральной арматурой и снабжена многозаходными лопастями, закрепленными на ее стержне, который имеет заостренный конец с возможностью подачи на него пульпы. В верхнем торце стержня выполнено квадратное или многогранное в сечении гнездо, с установленным в нем стаканом. Нижний конец извлекаемой металлической трубы имеет сечение, соответствующее сечению стакана винтовой пяты, и размещен в стакане с упором в его дно. Гнездо выполнено глубиной, равной 1,5...2 Δ, высота винтовой пяты h = 3...4 Δ, при этом диаметр стержня пяты d = 1,5...2 Δ, а наибольший диаметр пяты D = 2,25...4 Δ, где Δ - размер боковой грани стакана. 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к строительству свайных фундаментов для гражданских и промышленных сооружений.

Известно устройство для завинчивания свай, описанное в книге [1, с. 13].

Недостаток этого устройства - невозможность использования обычных железобетонных свай и громоздкость оборудования.

Примем за аналогом патент России № 2076173 С1, Е 02 D 7/22, 27.03.1997. В аналоге использовано устройство для завинчивания свай оснащенное силовой парой гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно установленных на корпусе, подвешиваемом к направляющей стреле транспортного средства. Возвратно-поступательные воздействия гидравлических домкратов преобразованы храповым механизмом во вращение.

Устройство для завинчивания свай является сменным оборудованием, например, к экскаватору, перемещается по направляющей мачте и предназначено для изготовления шурупообразных монолитных свай. Преимуществом силовой пары гидравлических домкратов этого устройства являются значительные крутящие моменты, преодолевающие сопротивление грунтового основания.

Недостатки аналога:

- размещение устройства для завинчивания свай на макушке направляющей мачты;

- отсутствие утолщенной пяты у сваи, что снижает ее несущую способность до десяти раз и повышает материалоемкость.

- известный способ невозможно применить при реконструкции и увеличении несущей способности фундамента эксплуатируемого здания.

Технический результат изобретения - повышение производительности труда посредством механизации процесса завинчивания винтовых пят свай и повышение несущей способности свай.

Технический результат достигнут тем, что устройство для завинчивания винтовых пят свай включает винтовую пяту, извлекаемую металлическую трубу, которая размещена с возможностью скольжения во внутренней муфте захвата и соединена через храповой механизм с внешней муфтой, снабженной двумя симметричными плечами.

Каждое из плеч шарнирно соединено с силовой парой гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно установленных на корпусе, подвешиваемом на транспортное средство.

Винтовая железобетонная пята сваи армирована спиральной арматурой и снабжена многозаходными лопастями, закрепленными на ее стержне.

Этот стержень имеет заостренный конец с возможностью подачи на него пульпы, при этом в верхнем торце стержня выполнено квадратное или многогранное в сечении гнездо с установленным в нем стаканом.

Нижний конец извлекаемой металлической трубы имеет сечение, соответствующее сечению стакана винтовой пяты, и размещен в стакане с упором в его дно. Гнездо выполнено глубиной, равной (1,5...2)Δ, высота винтовой пяты h = (3...4)Δ, при этом диаметр стержня пяты d=(1,5...2)Δ, a наибольший диаметр пяты D = (2,25.. .4) Δ, где Δ - размер боковой грани стакана.

Сопоставление разработанного устройства показывает существенные его отличия от аналога:

- корпус силовой пары гидродомкратов оперт выдвижными гидроопорами на поверхность земли и подвешен к транспортному средству;

- завинчивание осуществляется посредством стальной извлекаемой трубы с одновременным нагнетанием пульпы, например глиняной, чем уменьшены энергозатраты при завинчивании винтовой пяты;

- винтовая пята увеличивает площадь опоры сваи и соответственно повышает ее несущую способность в 6... 10 раз;

- при необходимости сваю и винтовую пяту легко извлекают и используют повторно;

- винтовые пяты изготавливают механизировано на заводе железобетонных конструкций;

- производительность процесса повышена.

На фиг. 1-2 показано устройство для завинчивания винтовых свай в двух проекциях; на фиг. 3 – разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 4-5 - винтовая пята с однозаходной лопастью; на фиг. 6 - с двухзаходными лопастями.

Устройство содержит квадратную или многогранную в сечении стальную трубу 1, по которой скользит внутренняя муфта 2 захвата с отверстием, соответствующим сечению трубы 1. Внутренняя муфта 2 соединена с внешней муфтой 3 храповым механизмом (не показано). Вращение одной муфты по отношению к другой по часовой стрелке или в обратную сторону обеспечено храповым механизмом.

Внешняя муфта 3 снабжена двумя плечами 4, предназначенными для шарнирного соединения с силовой парой гидродомкратов 5. Второй конец каждого из гидродомкратов 5 шарнирно соединен с их корпусом 6. Корпус 6 силовой пары гидродомкратов 5 подвешен к раме транспортного средства 7 и взаимодействует с поверхностью земли гидроопорами 8.

Железобетонная винтовая пята 9 выполнена в заводских условиях и имеет многозаходные лопасти 10.

На фиг. 4-5 показана винтовая пята с однозаходной лопастью. На фиг. 6 - с двухзаходными лопастями. Стержень 11 винтовой пяты 9 имеет заостренный конец 12, в верхнем торце стержня 11 выполнено квадратное или многогранное в сечении гнездо 13. Каждая из лопастей 10 имеет не менее одного витка. Винтовая пята 9 армирована и выполнена из бетона не ниже М400. В винтовой пяте имеется, например, квадратное в сечении гнездо глубиной, равной (1,5...2) Δ, где Δ - размер боковой грани стакана.

От низа сваи до дна стакана винтовой пяты должно быть не менее (1,5.. .2) Δ, то есть высота h винтовой пяты должна быть h = (3.. .4)Δ. Диаметр стержня пяты должен быть равен d = (1,5.. .2) Δ, а наибольший диаметр должен быть равен D = (2,25.. .4)Δ.

Так, например, при сечении сваи Δ·Δ = 40 40 см получим:

глубина гнезда 60... 80 см;

высота винтовой пяты h = 120... 160 см;

диаметр стержня d = 60... 80 см;

наибольший диаметр D = 100... 160 см.

Дно винтовой пяты проверяют на продавливание сваей. Армирование винтовой пяты производят спиральной арматурой, наклоненной к радиальному направлению под углом 30...45° и ориентированной по направлению главных растягивающих напряжений при завинчивании.

Устройство работает следующим образом.

Заранее в проектной точке укладывают винтовую пяту 9 с квадратным (или многогранным) в сечении гнездом для размещения в нем сначала трубы 1, затем сваи 14.

Транспортное средство 7 с подвешенным к нему устройством для завинчивания винтовых пят свай подъезжает к винтовой пяте 9, и оператор совмещает конец четырехгранной (многогранной) трубы 1 с таким же отверстием в винтовой пяте и фиксирует трубу 1 вместе с винтовой пятой 9 вертикально или под углом α к вертикали. Регулировка угла α производится гидроопорами 8.

Затем оператор включает подачу пульпы под заостренный конец 12 винтовой пяты 9 и включает возвратно-поступательные движения гидравлических домкратов в противофазе, сообщая ими возвратно-вращательное движение внешней муфте 3.

Внешняя муфта 3, в свою очередь, вращает через храповый механизм внутреннюю муфту 2 и трубу 1 по часовой стрелке, завинчивая винтовую пяту 9 до проектной отметки, или в обратную сторону, вывинчивая ее. Причем труба 1 опускается вниз вместе с винтовой пятой 9 или поднимается вверх, а захват скользит по трубе 1. Нагнетание глиняной пульпы под заостренный конец 12 винтовой пяты 9 уменьшает усилия при завинчивании и, следовательно, энергозатраты.

После завинчивания винтовой пяты 9 до проектной отметки в полость трубы 1 опускают сваю 14 до упора в винтовую пяту 9, а стальную трубу 1 извлекают и цикл повторяют со следующей винтовой пятой.

Для увеличения несущей способности сваи 14 за счет сил трения о грунт полость между сваей и грунтом заполняют песчаной пульпой, закачивая ее по шлангу бетононасосом под нижний конец сваи 14 до выхода пульпы наружу. В случае достаточной прочности сваи при скручивании металлическая труба 1 может не применяться, и завинчивание пяты производится непосредственно через сваю 9.

Если же грунты слабые, то диаметр пяты для повышения ее несущей способности приходится увеличивать и в этом случае мы вынуждены для завинчивания пяты применять стальную трубу 1, так как значительный крутящий момент может разрушить железобетонную сваю 14.

Винтовые пяты 9 свай 14 могут быть применены и как самостоятельные фундаменты мелкого заложения. Необходимость в производстве земляных работ в этом случае отпадает. Несущая способность грунта повышается, так как грунт при завинчивании винтовой пяты уплотняется.

Экономический эффект по сравнению с аналогом достигнут из-за следующего:

- удобного опирания корпуса устройства для завинчивания винтовых пят свай гидроопорами на поверхность земли и создание за счет этого контрмомента, уравновешивающего активный момент, возникающий при завинчивании винтовой пяты;

- увеличения площади опирания железобетонной сваи на грунт и соответствующего увеличения в 6... 10 раз ее несущей способности и снижения материалоемкости;

- повышения производительности процесса устройства свайного фундамента;

- устранения разрушения железобетонных свай при завинчивании;

- уменьшения энергозатрат при завинчивании винтовой пяты посредством нагнетания пульпы, например глиняной, под ее заостренный конец;

- повторного использования свай и винтовых пят при необходимости.

Литература

1. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой России. - М.:

ГУПЦПП,1988.-48с.

2. Патент России № 2076173 С1, Е 02 D 7/22, 27.03.1997.

Формула изобретения

Устройство для завинчивания винтовых пят свай, включающее винтовую пяту, извлекаемую металлическую трубу, которая размещена с возможностью скольжения во внутренней муфте захвата, которая соединена через храповой механизм с внешней муфтой, снабженной двумя симметричными плечами, а каждое из плеч шарнирно соединено с силовой парой гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно установленных на корпусе, подвешиваемом на транспортное средство, отличающееся тем, что винтовая пята сваи выполнена железобетонной, армирована спиральной арматурой и снабжена многозаходными лопастями, закрепленными на ее стержне, имеющим заостренный конец с возможностью подачи на него пульпы, при этом в верхнем торце стержня выполнено квадратное или многогранное в сечении гнездо, с установленным в нем стаканом, причем нижний конец извлекаемой металлической трубы имеет сечение, соответствующее сечению стакана винтовой пяты, и размещен в стакане с упором в его дно, а гнездо выполнено глубиной, равной 1,5...2 Δ, высота винтовой пяты h = 3...4 Δ, при этом диаметр стержня пяты d = 1,5...2 Δ, а наибольший диаметр пяты D = 2,25...4 Δ, где Δ - размер боковой грани стакана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6