Винтовая свая, способ установки винтовой сваи, приспособление для завинчивания сваи и способ прокладки тоннеля открытым способом с использованием винтовой сваи

Группа изобретений относится к строительству и может быть использована для сооружения несущих фундаментов и закрепления различных механизмов и устройств на грунте, а также для прокладки тоннелей открытым способом как наземных, так и подводных. Винтовая свая включает металлическую трубу с размещенной на ней винтовой навивкой. На трубе установлена бетонная насадка толщиной от 1/4 до 5 диаметров трубы, в которой размещены металлические штыри, длина которых равна длине насадки. Винтовая навивка выполнена по всей длине ствола в виде винтовой лопасти, ширина которой составляет от 0,5 до 5 диаметров наружной бетонной насадки, в нижней части сваи, составляющей не более 1/3 ее длины, навивка выполнена конусообразной. По всей винтовой поверхности лопасти размещены треугольные металлические ребра жесткости, основания соседних ребер соединены между собой и прилегают к металлической трубе, а их вершины размещены по краю лопасти. В вершине каждого ребра жесткости расположен металлический штырь, штыри ребер жесткости соединены между собой металлической арматурой, уложенной по краю лопасти. В лопасти расположены дополнительные треугольные ребра жесткости, установленные перпендикулярно основным, соединенные основаниями с трубой, а вершинами - с вершинами соответствующих основных ребер жесткости. В верхней части трубы размещен элемент соединения сваи с конструкцией, выполненный в виде оголовка с резьбой или железобетонного оголовка со штырями, причем в верхней части оголовка выполнено крепление для крюка, а в нижней части оголовка - болт для обеспечения фиксации с ключом приспособления для завинчивания сваи. Также предложены способ установки винтовой сваи, приспособление для завинчивания сваи при осуществлении способа и способ прокладки тоннеля или подземного перехода открытым способом с использованием винтовой сваи. Технический результат состоит в повышении конструктивной несущей способности сваи, простоте, точности, надежности и удобстве ее монтажа, возможности монтажа сваи в густозастроенных районах. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Группа изобретений, объединенных единым творческим замыслом, относится к строительству и может быть использована для сооружения несущих фундаментов и закрепления различных механизмов и устройств на грунте, а также для прокладки тоннелей открытым способом, как наземных, так и подводных.

Винтовая свая и способ установки винтовой сваи.

В связи с огромным разнообразием инженерно-геологических условий строительных площадок, на которых возводятся или были возведены здания и сооружения, часто встречаются такие грунтовые условия, которые требуют применения свайных инструментов. В условиях тесной городской застройки при наличии в российских городах большого количества исторических зданий и памятников традиционный способ погружения забивных, буронабивных и задавливаемых свай становится невозможным из-за значительных воздействий на близлежащие постройки, вызывающих в них нежелательные деформации.

В связи с этим во многих городах, в частности в Москве, Санкт-Петербурге и других, этот вид работ запрещен.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются винтовая свая, включающая ствол с размещенной на нем винтовой навивкой, и способ установки винтовой сваи, включающий погружение сваи в грунт (см. RU, патент №2073084, кл. Е 02 D 5/38, 1997 г.).

Недостатками известной винтовой сваи и способа установки винтовой сваи являются низкая несущая способность сваи, трудность и неточность установки (невозможно установить сваю точно в заданное место), недостаточная надежность сваи, а также невозможность завинчивания сваи в грунт.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении конструктивной несущей способности сваи, простоте, точности, надежности и удобстве ее монтажа, возможности монтажа сваи в густозастроенных районах.

Указанный технический результат достигается тем, что в винтовой свае, включающей металлическую трубу с размещенной на ней винтовой навивкой, согласно изобретению на трубе установлена бетонная насадка толщиной от 1/4 до 5 диаметров трубы, в которой размещены металлические штыри, длина штырей равна длине насадки, при этом винтовая навивка выполнена по всей длине ствола в виде винтовой лопасти, ширина которой составляет от 0,5 до 5 диаметров наружной бетонной насадки, а в нижней части сваи, составляющей не более 1/3 ее длины, навивка выполнена конусообразной, при этом по всей винтовой поверхности лопасти размещены треугольные металлические ребра жесткости, причем основания соседних ребер соединены между собой и прилегают к бетонной насадке, а их вершины размещены по краю лопасти, при этом в вершине каждого ребра жесткости расположен металлический штырь, а штыри соединены между собой металлической арматурой, уложенной по краю лопасти, при этом в навивке расположены дополнительные треугольные ребра жесткости, установленные перпендикулярно основным, также соединенные основаниями с трубой, а вершинами - с вершинами соответствующих основных ребер жесткости, при этом в верхней части трубы установлен узел для соединения с крюком приспособления для завинчивания сваи и элемент соединения сваи с конструкцией.

Элемент соединения сваи с конструкцией может быть выполнен в виде оголовка с резьбой, при этом крепление для крюка выполнено в верхней части оголовка.

Элемент соединения сваи с конструкцией может быть выполнен в виде железобетонного оголовка со штырями арматуры.

При установке сваи в болотистой местности между оголовком и металлической трубой может быть установлен железобетонный стержень.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в способе установки винтовой сваи, включающем погружение сваи в грунт, согласно изобретению в грунте сверлят отверстие, диаметр которого не меньше наружного диаметра ствола сваи, но не больше 1/4 диаметра лопасти в широкой ее части, сваю подтягивают крюком и насаживают ключ приспособления для завинчивания сваи на болт, затем конец сваи размещают в отверстии и производят погружение сваи в грунт путем одновременного приложения завинчивающего и вдавливающего усилий при помощи приспособления для завинчивания сваи.

Приспособление для завинчивания сваи согласно изобретению выполнено в виде съемной торцевой насадки на бурильную машину и соединено с редуктором последней, при этом внутренняя часть торцевой насадки выполнена в виде ключа, выполненного по форме болта сваи, при этом в боковой стенке торцевой насадки выполнено отверстие для размещения троса с крюком.

На фиг.1 изображен общий вид винтовой сваи.

На фиг.2 - вертикальный разрез сваи.

На фиг.3 - разрез сваи А-А.

На фиг.4 - расположение треугольных ребер жесткости.

На фиг.5 - вариант выполнения сваи для болотистой местности.

На фиг.6 - приспособление для завинчивания сваи.

Винтовая свая содержит металлическую трубу 1 с размещенной на ней винтовой навивкой 2, на трубу 1 надета бетонная насадка 3 толщиной от 1/4 до 5 диаметров трубы, в которой размещены металлические штыри 4, длина штырей 4 равна длине насадки 3, при этом винтовая навивка 2 выполнена сплошной по всей длине ствола 1 в виде винтовой лопасти, ширина которой составляет от 0,5 до 5 наружных диаметров бетонной насадки 3, а в нижней части сваи, составляющей 1/3 ее длины, навивка 2 выполнена конусообразной, при этом по всей винтовой поверхности лопасти размещены треугольные ребра 5 жесткости, причем основания 6 соседних ребер 5 соединены между собой и прилегают к металлической трубе 1, а их вершины 6 размещены по краю лопасти, при этом в вершине 6 каждого ребра 5 расположен металлический штырь 7, а штыри 7 соединены между собой арматурой 8, уложенной по краю лопасти. Кроме того, в навивке расположены дополнительные ребра 9 жесткости, установленные перпендикулярно основным ребрам 5. Дополнительные ребра 9 жесткости также соединены основаниями 10 с металлической трубой 1, а вершинами соединены с вершинами основных ребер жесткости. При этом в верхней части ствола 1 размещен элемент соединения сваи с конструкцией, выполненный, например, в виде металлического оголовка 11 с резьбой, резьба предназначена для крепления на ней элементов конструкции (например, рельсов), в верхней части оголовка 11 выполнено крепление 12 для крюка 13, а в нижней части оголовка 12 установлен болт 14 для обеспечения возможности фиксации с ключом 15 приспособления 16 для завинчивания сваи.

Элемент соединения сваи с конструкцией может быть выполнен в виде штырей 17 арматуры.

При установке сваи в болотистой местности между оголовком 12 и металлической трубой 1 может быть установлен железобетонный стержень 18.

Способ установки винтовой сваи осуществляют следующим образом.

Предварительно делают анализ плотности грунта и составляют карту свайного поля. После чего по предварительной разметке в грунте сверлят отверстие, диаметр которого не меньше наружного диаметра трубы 1 сваи, но не больше 1/4 диаметра лопасти винтовой навивки 2 в широкой ее части, сваю подтягивают крюком 13 и насаживают ключ 15 приспособления 16 для завинчивания сваи на болт 14, затем конец сваи размещают в отверстии и производят погружение сваи в грунт путем одновременного приложения завинчивающего и вдавливающего усилий при помощи приспособления 16 для завинчивания сваи.

Приспособление 16 для завинчивания сваи выполнено в виде съемной торцевой насадки 17 на бурильную машину (не показана) и соединено с редуктором последней (не показано), при этом внутренняя часть торцевой насадки 17 выполнена в виде ключа 15, выполненного по форме болта 14 сваи, при этом в боковой стенке торцевой насадки 17 выполнено отверстие 25 для размещения троса 19 с крюком 13.

Приспособление для завинчивания сваи позволяет быстро и легко надеть и зафиксировать ключ 15 на болте 14, а затем установить конец сваи точно в высверленное заранее отверстие и быстро и надежно (без перекосов и отклонений от заданной отметки) установить сваю в грунте путем ее ввинчивания.

Использование предложенной сваи дает большой экономический эффект, обусловленный тем, что сваи можно применять на любой местности, в том числе и на болотистой, и при густой застройке района. При этом возможно использование укороченных свай, длина которых в 2-5 раз меньше, чем у стандартных свай, при той же несущей способности. Сваи обладают высокой несущей способностью, их можно быстро, легко и надежно фиксировать, они одинаково эффективно работают как при вдавливающем, так и при выдавливающем усилии, что позволяет их эффективно использовать как при строительстве наземных сооружений в районах с густой застройкой, так и при строительстве тоннелей метро открытым способом, прокладке труб по дну моря, строительстве линий электропередач, мостов, установке рельсов, подземных переходов и т.д.

Расположение арматуры в свае и ее выполнение в виде рифленых металлических штырей, треугольных металлических ребер жесткости с металлическими штырями в вершине, соединенными между собой металлической арматурой, все это позволяет повысить прочность, надежность и несущую способность сваи и предотвращает разрушения сваи при ее завинчивании.

Выбор размеров ширины винтовой лопасти и конусообразного участка сваи обусловлены требованиями, предъявляемыми к свае (надежность, прочность, несущая способность), и геологическими особенностями грунта, в который свая устанавливается.

Возможность их легкого демонтажа путем вывинчивания позволяет многократно, при необходимости, использовать сваи, что необходимо при строительстве, например, временных переправ, установке рельсов для башенных кранов.

Способ прокладки тоннеля открытым способом.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении тоннелей большой протяженности, подводных, подземных и т.д., а также подземных переходов открытым способом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ прокладки тоннеля, включающий установку на заданном расстоянии друг от друга опорных элементов и размещение на них основной конструкции (RU, патент №2239025, кл. Е 02 D 29/02, 2003 г.).

Недостатками известного способа являются сложность строительства тоннеля, большие сроки строительства, недостаточная надежность конструкции тоннеля и невозможность демонтажа временных мостов при возникшей необходимости.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в упрощении строительства тоннеля, удешевлении стоимости, сокращении сроков строительства и повышении безопасности при его эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе прокладки тоннеля или подземного перехода открытым способом, включающим установку на заданном расстоянии друг от друга опорных элементов и размещение на них основной конструкции, согласно изобретению в качестве опорных элементов используют винтовые сваи с элементом крепления сваи с основной конструкцией, а в качестве основной конструкции - трубчатые секции длинной от 10 до 500 м при укладке тоннеля под водой и транспортировке по воде, и от 2 до 30 метров при транспортировке по суше, при этом предварительно выкапывают котлован и по разметке устанавливают сваи путем одновременного приложения вдавливающего и завинчивающего усилия, секции труб с заглушками в торцах и крепежными элементами для соединения с крепежными элементами сваи доставляют к месту прокладки тоннеля, конструкцию укладывают на сваи, закрепляют и производят уплотнение грунта под и вокруг трубы вибропогружением.

При укладке на суше секции могут быть выполнены разборными.

Способ прокладки тоннеля открытым способом поясняется чертежом, где на фиг.7 изображен общий вид тоннеля.

Способ прокладки тоннеля осуществляют следующим образом

В зависимости от протяженности тоннеля, особенностей грунта (в случае прокладки подземного тоннеля), глубины пролива (залива), направления течения, геологического строения дна водоема (в случае прокладки подводного тоннеля) определяют место установки опорных элементов. Выкапывают котлован заданных размеров.

В качестве опорных элементов используют винтовые сваи, предложенные к рассмотрению в данной заявке (изображенные на фиг.1), с элементами крепления 11 сваи с основной конструкцией 20. Сваи (применяют сваи, описанные в п.1 формулы изобретения) устанавливают в котловане по разметке путем одновременного приложения вдавливающего и завинчивающего усилий. Подробно установка свай описана в данной заявке в описании способа установки винтовой сваи (п.5 формулы изобретения).

В качестве основной конструкции используют трубчатые секции 21 проектной длины. Длину секции делают по возможности наибольшей, возможной для транспортировки длины. Длина секции может составлять от 10 до 500 метров при транспортировке секций по воде и укладки подводного тоннеля, или от 2 до 30 метров при транспортировке секций по суше. В случае транспортировки секций по воде им придают близкую к нулевой плавучесть и в торцах ставят заглушки 22. На секциях 21 установлены крепежные элементы 23 для соединения с крепежными элементами 11 свай. В случае транспортировки секции по суше она может быть выполнена разборной из нескольких частей 24, которые на месте монтажа соединяют преимущественно винтовыми крепежами.

После доставки секций 21 на место прокладки тоннеля их устанавливают на сваи 1. Соединяют крепежные элементы 23 и 11 свай и секций. Затем производят уплотнение грунта под трубой и вокруг трубы вибропогружением (RU, патент №2236503, кл. Е 02 D 3/02, 2003 г.).

Предложенный способ прокладки тоннеля открытым способом при использовании свай, описанных в п.1 настоящего изобретения, и способ их установки, описанный в п.5 настоящего изобретения, позволяют быстро, надежно и качественно проложить тоннель в максимально короткие сроки, при этом при необходимости сваи вывинчивают из земли, не повреждая их конструкции, и они могут быть использованы многократно, например при сооружении временных переправ, прокладке временной железной дороги.

Использование группы изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, позволит сделать новый шаг в строительстве. Она может быть использована для сооружения несущих фундаментов и закрепления различных механизмов и устройств на грунте, а также для прокладки тоннелей открытым способом как наземных, так и подводных.

1. Винтовая свая, включающая металлическую трубу с размещенной на ней винтовой навивкой, отличающаяся тем, что на трубе установлена бетонная насадка толщиной от 1/4 до 5 диаметров трубы, в которой размещены металлические штыри, длина которых равна длине насадки, а винтовая навивка выполнена по всей длине ствола в виде винтовой лопасти, ширина которой составляет от 0,5 до 5 диаметров наружной бетонной насадки, в нижней части сваи, составляющей не более 1/3 ее длины, навивка выполнена конусообразной, при этом по всей винтовой поверхности лопасти размещены треугольные металлические ребра жесткости, основания соседних ребер соединены между собой и прилегают к металлической трубе, а их вершины размещены по краю лопасти, при этом в вершине каждого ребра жесткости расположен металлический штырь, штыри ребер жесткости соединены между собой металлической арматурой, уложенной по краю лопасти, при этом в лопасти расположены дополнительные треугольные ребра жесткости, установленные перпендикулярно основным, соединенные основаниями с трубой, а вершинами - с вершинами соответствующих основных ребер жесткости, при этом в верхней части трубы размещен элемент соединения сваи с конструкцией, выполненный в виде оголовка с резьбой или железобетонного оголовка со штырями, причем в верхней части оголовка выполнено крепление для крюка, а в нижней части оголовка - болт для обеспечения фиксации с ключом приспособления для завинчивания сваи.

2. Винтовая свая по п.1, отличающаяся тем, что при установке сваи в болотистой местности между оголовком и трубой установлен железобетонный стержень.

3. Способ установки винтовой сваи, выполненной по п.1, характеризующийся тем, что в грунте сверлят отверстие, диаметр которого не меньше наружного диаметра ствола сваи, но не больше 1/4 диаметра лопасти сваи в широкой ее части, сваю подтягивают крюком и насаживают ключ приспособления для завинчивания сваи на болт, затем конец сваи размещают в отверстии и производят погружение сваи в грунт путем одновременного приложения завинчивающего и вдавливающего усилий при помощи приспособления для завинчивания сваи.

4. Приспособление для завинчивания сваи при осуществлении способа по п.3, характеризующееся тем, что оно выполнено в виде съемной торцевой насадки, при этом внутренняя часть торцевой насадки выполнена в виде ключа по форме болта оголовка сваи, при этом в боковой стенке торцевой насадки выполнено отверстие для размещения троса с крюком бурильной машины.

5. Способ прокладки тоннеля или подземного перехода открытым способом с использованием винтовой сваи, выполненной по п.1, включающий установку на заданном расстоянии друг от друга опорных элементов и размещение на них основной конструкции, при этом в качестве опорных элементов используют винтовые сваи с элементом крепления сваи с основной конструкцией, а в качестве основной конструкции - трубчатые секции длиной от 10 до 500 м для укладки под водой и транспортировки по воде и от 2 до 30 м - выполненные разборными при транспортировке по суше, при этом предварительно выкапывают котлован, по разметке устанавливают сваи путем одновременного приложения вдавливающего и завинчивающего усилий, секции труб с заглушками в торцах и крепежными элементами для соединения с крепежными элементами сваи доставляют к месту прокладки тоннеля, конструкцию укладывают на сваи, закрепляют и производят уплотнение грунта под и вокруг труб вибропогружением.