Трубчатая свая

Трубчатая свая

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению свайных фундаментов, конкретно к применению трубчатых свай, погружаемых в грунт с открытым нижним концом.

Известна свая, содержащая ствол, по длине которого распределены уширения, выполненные с расширяющимися к вершине ствола коническими или пирамидальными уширениями [патент РФ №2237133, Кл. Е02D 5/48, 2004.09.27]. Недостатком этого устройства является повышенная трудоемкость изготовления, требующая применения бурения и набивки сплошного ствола.

Известны трубчатые сваи, включающие трубу-оболочку и острие-наконечник в виде клинового ножа [Прудентов А.И. Железобетонные сваи с грунтовым ядром. - Л.: Стройиздат, 1971, 161 c.], толщина которого равна толщине стенки трубы. Недостатком этого устройства является высокая энергоемкость погружения сваи.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство [Кульмач П.П. и др. Морские гидротехнические сооружения. Часть-2. Портовые сооружения. - Л.: ЛВВиСУ, 1991, - 391 с. (с.158)], в котором отмечается возможность на острие железобетонной трубчатой сваи выполнить внешнее утолщение в виде «гайки». Это устройство снижает энергоемкость погружения, но лишь в малой степени.

Технической задачей изобретения является максимальное снижение энергоемкости погружения трубчатой сваи и расширение ее функциональных возможностей.

Поставленная задача решена за счет того, что наконечник трубчатой сваи дополнительно снабжен утолщением с внутренней стороны, при этом поперечное сечение наконечника выполнено в виде криволинейного клина. Дополнительно в наконечнике может быть выполнена полость с отверстиями для выпуска жидкости, а труба снабжена системой поясов аналогичных утолщений с внешней и внутренней ее стороны. Между поясами выполнена перфорация трубы или вмятины на ее поверхности в шахматном порядке. Другой вариант трубчатых свай содержит размещенные в полостях утолщений элементы накаливания и покрытие утолщений слоем антифрикционного материала.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1-10 изображены варианты наконечника трубчатых свай в разрезе трубы по диаметральной плоскости (для упрощения показана в разрезе только правая часть несимметричного кольцевого наконечника).

На фиг.1 - с внешней стороны трубы 1 выполнено утолщение 2 с плавной параболической поверхностью 3, идущей от острия наконечника, а с внутренней стороны трубы 1 выполнено утолщение 4 с прямой поверхностью.

На фиг.2 показан вариант наконечника с обратным расположением утолщений.

На фиг.3, по сравнению с фиг.1, уменьшение внутреннего диаметра наконечника также выполнено параболической поверхностью 3а.

На фиг.4 показан вариант в форме зеркального отображения.

На фиг.5 показан наконечник трубчатой сваи в виде клина с гранями 5 и 6 и труб 1 с поясами утолщений 7 и 8 соответственно с внутренней и внешней ее сторон.

На фиг.6 и 7 наконечники 9 и 10 выполнены в сечении в форме параллелограмма в прямом и зеркальном отображении.

На фиг.8 - наконечник 11 эллиптического сечения с полостью 12, трубкой 13 и выпускными отверстиями 14, 15 и 15а.

На фиг.9 - наконечник 16 с утолщением двоякой кривизны и с полостью 17.

На фиг.10 - наконечник 18 эллиптической формы с полостью 17.

На фиг.11-13 примеры перфорации стенок трубы отверстиями в форме соответственно прямоугольного, равнобедренного и равностороннего треугольников.

Ниже рассмотрено устройство в статике.

Внешние утолщения, например, 2, 4 (фиг.1-4) и внешние грани других наконечников (фиг.5-10) и поясов 7 (фиг.5) создают зазор между трубой 1 и грунтовым массивом и тем самым снимают усилия трения между ними и соответственно снимают энергозатраты на погружение трубчатой сваи.

Внутренние утолщения, например, 2, 4 (фиг.1-4) и внутренние грани других наконечников (фиг.5-10) и поясов 7 (фиг.5) создают зазор между трубой 1 и грунтовым ядром внутри нее и тем самым снимают силы трения по внутренней поверхности трубы 1.

Увеличение диаметра наконечника, создаваемое гранью 3а (фиг.4), по сравнению с внешним диаметром трубы 1 и аналогичное уменьшение диаметра наконечника, создаваемое гранью 3а (фиг.3), по сравнению с внутренним диаметром трубы 1 в нашем случае выполняют роль утолщений наконечника соответственно с внешней и внутренней сторон трубы 1, поскольку обеспечивают зазоры между поверхностью трубы 1 и грунтом.

Утолщения, в зависимости от многообразия грунтовых условий, могут быть выполнены с прямыми гранями 5-10 (фиг.5-7), с криволинейными - 11, 18 (фиг.8 и 10) и гранями двоякой кривизны 16 (фиг.9).

В наконечнике 11 (фиг.8) выполнена полость 12, соединенная трубкой 13 с насосом (на фиг. не показан) и снабженная отверстиями 14, 15, 15а для выпуска жидкости.

В полостях 17 наконечников 16 и 18 (фиг.9 и 10) могут быть встроены элементы накаливания, например типа спиралей электронагревательных приборов и т.п. Наконечник 18 может быть выполнен из отрезка трубы.

Поверхностям контакта утолщений с грунтом могут быть приданы зубчатая форма и покрытие слоем антифрикционного материала.

Утолщения поясов 7 и 8 на трубе 1 (фиг.5) также выполнены в форме клиньев, острые концы которых обращены в сторону наконечника. Эти утолщения могут иметь различные формы и полости, отмеченные выше. Пояса по окружности стенки трубы могут быть выполнены прерывистыми из отрезков проката, например, типа уголка. Вариантом трубы будут ее перфорированные стенки с частотой, уменьшающейся в направлении от наконечника, и отверстиями, вытянутыми вдоль трубы, имеющими преимущественно круглую или близкую к эллиптической форму и расположенными в шахматном порядке.

Отверстия могут иметь и треугольную форму, например в виде прямоугольного 19 (фиг.11), равнобедренного 20 (фиг.12) или равностороннего 21 (фиг.13) треугольников, а также иную форму. Другим вариантом служит замена отверстий перфорации вмятинами на стенках трубы с сохранением их формы и расположения, включая форму клина.

Устройство работает следующим образом.

При погружении сваи с наконечником (фиг.1) поверхность 3 внешнего утолщения 2 плавно отжимает набегающий грунт наружу от стенки трубы 1, образуя зазор и снимая тем самым силы трения грунтового массива по боковой поверхности трубчатой сваи. Поток же грунта, пропускаемый внутрь трубчатой сваи, проходит суженную цилиндрическую часть 4 наконечника и расслабляется за счет расширения полости трубы 1. При этом снижаются силы трения грунта ядра по внутренней поверхности трубы 1, что практически исключает возникновение эффекта «самозапирания» грунтового ядра в полости трубы при ее погружении. Соответственно существенно уменьшается и энергоемкость погружения.

Аналогично работают и наконечники других вариантов, отличие которых друг от друга заключается в большей или меньшей степени отжатия грунта от стенок трубы 1.

Дополнительно снижение энергоемкости погружения достигается (см. фиг.8) путем нагнетания воды, глинистого или цементного раствора через трубку 13 в полость 12 и выпуска его через отверстия 14, 15 и 15а для смазки стенок трубы 1 в процессе погружения трубчатой сваи. При этом цементный раствор после его твердения существенно повысит и несущую способность трубчатой сваи.

Наличие ряда поясов утолщений 7 и 8 по длине трубы 1 (фиг.5) обеспечит дополнительное отжатие грунта от стенок трубы, повысит устойчивость и скорость погружения.

Полость 17 в наконечниках (фиг.9 и 10) снизит расход материалов. Размещенные в ней элементы накаливания позволят часть грунтовой воды превратить в пар, который уменьшит трение теплоизолированного наконечника по грунту.

Снижению сил трения при погружении будет способствовать зубчатая поверхность контакта утолщений с грунтом, ее покрытие слоем антифрикционного материала, а также перфорация стенок трубы с частотой, уменьшающейся в направлении от наконечника, причем отверстия вытянуты вдоль оси трубы, имеют преимущественно круглую или близкую к эллиптической форму и расположены в шахматном порядке. Отверстия могут иметь и треугольную форму. Аналогичный эффект создадут и вмятины в форме клина на поверхности стенок трубы, при этом вмятина имеет переменную глубину, уменьшающуюся в направлении к наконечнику.

Восстановление несущей способности грунтового ядра трубчатой сваи производят утолщением столба грунта ядра пригрузкой или погружением в него свай любого рода и конфигурации.

Изобретение позволяет расширить область применения трубчатых свай на большие их диаметры, повышенные глубины погружения, труднопроходимые грунты и более полно использовать резервы трубчатых свай в части их несущей способности по грунту с одновременным снижением энергоемкости погружения и соответственно уменьшением динамического воздействия на окружающую среду.

1. Свая в виде трубы, содержащая наконечник с утолщением с внешней стороны, отличающаяся тем, что наконечник выполнен с утолщением с внутренней стороны, при этом на стенках трубы выполнена перфорация с частотой, уменьшающейся в направлении от наконечника, отверстия вытянуты вдоль трубы и расположены в шахматном порядке или на стенках трубы выполнены вмятины в форме клина.

2. Свая в виде трубы по п.1, отличающаяся тем, что содержит трубку для подвода жидкой среды в полость наконечника.

3. Свая в виде трубы по п.1, отличающаяся тем, что труба по длине снабжена утолщениями с внешней и внутренней ее сторон, причем утолщения выполнены в форме клиньев, острые концы которых обращены в сторону наконечника.

4. Свая в виде трубы по п.1, отличающаяся тем, что поверхность утолщений покрыта слоем антифрикционного материала.

5. Свая в виде трубы по п.1, отличающаяся тем, что в полости утолщений встроены элементы накаливания.