свая

Формула изобретения

1. СВАЯ, включающая ствол с оголовком, в котором расположен спиральный элемент, отличающаяся тем, что, с целью повышения ударной прочности оголовка и упрощения изготовления, спиральный элемент выполнен в виде сетки, концы которой зафиксированы относительно ствола, причем наибольший размер a ячеек сетки, высота h ее и расстояние m между витками определены зависимостями

a = (0,01 - 0,05)d;

h = (0,8 - 1,2)d;

m = (0,03 - 0,1)d,

где d - наибольший размер стороны оголовка или его диаметр.

2. Свая по п.1, отличающаяся тем, что оголовок снабжен гребенчатыми распределительными элементами, расположенными по его диагоналям и/или параллельно его сторонам.

3. Свая по п.2, отличающаяся тем, что распределительные элементы жестко скреплены с рабочей арматурой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к оголовкам свай.

Оголовок свай является наиболее чувствительной частью сваи в момент забивки ее молотом, а также при воздействии на нее вибрационных и других нагрузок. Наиболее часто в строительстве применяют забивные сваи. При этом одной из основных причин недобивки свай до проектной отметки является разрушение оголовка. С целью упрочнения оголовка применяют при его изготовлении усиленное армирование.

Известна железобетонная свая, оголовок которой с целью предохранения от повреждений в процессе забивки усиливается дополнительно к продольному армированию поперечной арматурой: хомутами с шагом, меньшим чем в пределах ствола, дополнительно или взамен хомутов арматурными сетками из стержней 5-8 мм с ячейками до 5 см. Таких сеток ставят при этом от четырех до шести штук [1] . Однако такого усиления оголовка зачастую оказывается недостаточно, чтобы предотвратить его разрушение, что и наблюдается повсеместно.

Известна винтовая свая, оголовок которой и непосредственно граничащая с ней часть ствола выполнена из фибробетона, а остальная часть сваи железобетонная и армирована при этом продольными стержнями с обвивкой по ним проволочной спиралью [2]. Такое устройство сложно в изготовлении, к тому же не обладает достаточной прочностью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство оголовка сваи, содержащее спиральный элемент (улиточный бугель), размещенный в оголовке сваи в несколько рядов, параллельных торцу, и представляющий собой спиральные обмотки, выполненные из проволоки диаметром 3-10 мм [3]. Такие спирали, будучи не скреплены своими концами непосредственно (или опосредованно) с рабочей арматурой, а также будучи разобщены одна от другой вдоль оголовка, не обеспечивает надежного скрепления бетона в пределах всего объема оголовка, что недостаточно препятствует его разрушению от воздействия ударов молота. Кроме того изготовление и установка таких спиралей с насыщением ими всего объема оголовка является трудоемкой операцией.

Другое решение задачи усиления материала сваи (в том числе и усиление оголовка) посредством применения в качестве обвязки поверх рабочей арматуры цельнорешетчатого металла [3] также не обеспечивает равнопрочности ствола и оголовка по всему объему. Кроме того, такое решение является трудоемким и металлоемким.

Целью изобретения является повышение ударной прочности оголовка и упрощение его изготовления.

Указанная цель достигается тем, что свая, включающая ствол с оголовком, в котором расположен спиральный элемент, снабжена оголовком, в котором спиральный элемент выполнен с зафиксированными концами в виде сетки с наибольшим размером ячеек а, составляющим а = (0,01 - 0,05)d, где d - наименьший размер стороны оголовка или его диаметра, и высотой h, равной h = (0,8-1,2)d, при этом шаг m между ветками спирали составляет m = (0,03-0,1)d. Кроме того, оголовок снабжен гребенчатыми распределительными элементами, расположенными по его диагонали и (или) параллельно его сторонам. При этом гребенчатые распределительные элементы жестко скреплены с рабочей арматурой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков, в расположении спирального элемента - он выполнен с зафиксированными концами.

Устройство отличается от прототипа также тем, что спиральный элемент выполнен в виде сетки с наибольшим размером ячеек а, составляющим a = (0,01 - 0,05)d, где d - наименьший размер стороны оголовка или его диаметр, высота равна h = (0,8-1,2)d, при этом шаг m между витками спирали составляет m = (0,03-0,1)d.

Кроме того, устройство отличается тем, что оголовок снабжен гребенчатыми распределительными значениями, расположенными по его диагоналям и (или) параллельно его сторонам и жестко скрепленными с рабочей арматурой.

Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями также показывает, что не известен в оголовке сваи спиральный элемент с зафиксированными концами, а также неизвестно применение в качестве спирального элемента в оголовке сваи сетки с указанными выше свойствами. Кроме того, в других технических решениях неизвестно применение гребенчатых распределительных элементов, расположенных по диагоналям оголовка и (или) параллельно его сторонам, а также - жесткое скрепление распределительного элемента с рабочей арматурой.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид сваи с оголовком, разрез; на фиг. 2 - сечение оголовка А-А на фиг. 1.

Устройство содержит ствол сваи 1, в верхней части которого расположен оголовок 2 сечением d и высотой, равной h = (0,8-1,2)d. Оголовок 2 снабжен спиральным элементом 3 в виде сетки с наибольшим размером ячеек а, составляющим а = (0,01-0,05)d, при этом шаг m между витками спирали составляет m = (0,03-0,1)d. Кроме того, оголовок 2 снабжен гребенчатым распределительным элементом 4, жестко скрепленным с рабочей (продольной) арматурой (5) и удерживающим витки спирали 3 один от другого на расстоянии шага m.

Предлагаемое устройство (свая 1 с оголовком 2) изготавливается, например, из железобетона, армоцемента или сталефибробетона, состав которых подбирается в зависимости от расчетных нагрузок. Спиральный элемент 3 оголовка 2 изготавливается из обычных частоячеистых тканых сеток, изготовленных из низкоуглеродистой проволоки общего назначения диаметром 0,6-1,8 мм с размером ячеек от 6 до 20 мм. Гребенчатый распределительный элемент 4 изготавливается, например, из обрезков арматуры диаметром 6-8 мм.

Формование сваи осуществляют следующим образом. В форму для изготовления сваи укладывают арматурный каркас, предварительно жестко закрепив эл. сваркой или вязальной проволокой на выпусках продольной арматуры 5 гребенчатые распределительные элементы 4 и установив с их помощью в проектное положение спиральный элемент 3. После этого ведется процесс формования. При этом для облегчения процесса проникновения бетонной смеси в пространство между витками спирального элемента 3 укладку бетонной смеси производят в направлении от пяты сваи к оголовку. В этом случае вибрируемая бетонная смесь в непосредственной близости от оголовка, не имея возможности растекаться в сторону пяты сваи, устремится в оголовок и эффективно заполнит его нижнюю и частично среднюю части. Остальная часть оголовка формуется более пластичным бетоном, притом размер фракций заполнителя должен быть меньше размера ячеек сетки 3. Кроме того, размер заполнителя фракций бетона ствола 1 сваи должен быть меньше шага m между витками спирали 3. Фиксирование концов и средней части спирального элемента 3 к гребенчатым распределительным устройствам 4 осуществляется вязальной проволокой. Кроме того наружный конец спирального элемента 3 крепится к одному из стержней продольной арматуры 5, огибаясь вокруг последнего, при этом на выпуски продольной арматуры надевают весь первый виток элемента 3. Такое фиксирование спирального элемента 3 исключает возможность выкола бетона с внешней стороны оголовка 2, а равномерность распределения витков спирали с помощью фиксирующих элементов 4 обеспечивает равнопрочность оголовка 2 по всему сечению и надежное восприятие им ударной нагрузки от свайного молота. Обоснование оптимальности соотношений размеров оголовка d и h сваи, размера ячеек "а" и шага витков спирального элемента "m".

Размер ячеек спирального элемента "а" находится в диапазоне значений a = (0,01-0,05)d, где d - наименьший размер стороны оголовка или его диаметра. Это обусловлено следующим обстоятельством. Согласно ГОСТ 3826-82^х существующие частоячеистые тканные сетки имеют ячейки следующих размеров: 66, 77, 88, 99, 1010 и 1212 мм. В связи с тем условием, что чем меньше сечение изготовляемых свай, тем меньше размер применяемого крупного заполнителя бетона и, наоборот, то для изготовления свай больших сечений используется бетон с более крупным заполнителем. В соответствии с этим целесообразно использовать в оголовках свай и существующие тканые сетки. Следовательно, в вышеприведенной формуле множитель, стоящий в скобках перед d (т.е. a/d), должен отражать это требование. Так для свай с поперечным сечением 150150 и 200200 см наиболее применимы значения множителя a/d = 0,03 и 0,04, что соответствует применимости тканой сетки с ячейками размером 66 мм. Для свай сечением 350350 см применимы значения указанного множителя 0,0246 и 0,0286, что соответствует применимости сеток с ячейками 99 и 1010 мм и т. д. Отмеченная аналитическая зависимость может быть выражена графически (на фиг. не показана), либо представлена в виде достаточно наглядной таблицы.

Величина шага m между витками спирали составляет m = (0,03-0,1)d, где d - наименьший размер стороны оголовка. Это обусловлено требованием свободного прохождения между витками спирали крупных фракций бетона, укладываемого в тело сваи. Именно такие соотношения (и даже несколько в меньшую сторону) принимаются для крупных фракций заполнителя при составлении той или иной марки бетона, идущего на формование сваи сечением d. Например, для сваи сечением 200200 мм минимальный размер крупной фракции составит 2000,036 = 6 мм (что может быть еще условно названо крупной фракцией). Максимальный же размер крупной фракции для наиболее часто применяемых свай максимального сечения 400400 мм составит 4000,1= 40 мм. Именно такие самые большие фракции применяются для изготовления свай. При этом уменьшение шага m за пределы рекомендуемого диапазона снижает проходимость крупного заполнителя в пространство между витками спирали, что ведет к уменьшению ударной прочности бетона оголовка сваи. Увеличение же шага m за пределы рекомендуемого диапазона приводит к ослаблению степени армирования оголовка спиральным элементом, а значит, и в этом случае уменьшается ударная стойкость оголовка.

Высота оголовка h находится в пределах h = (0,8-1,2)d вследствие того, что именно на этой длине от верхнего конца сваи (железобетонные или сталефибробетонные) подвержены повышенным напряжениям. Эти напряжения определяются по формуле

= , где Т - величина кинетической энергии удара молота, кгм;

Е - модуль упругости материала сваи, кг/см²;

а - сечение сваи, см;

l - расстояния от верхнего торца сваи в м.

Расчеты и проведенные по ним графические построения (на фиг. не показаны) показывают, что на более удаленных (чем на расстояние от 0,8 до 1,2d) от верхнего торца сваи участках, напряжения в материале сваи изменяются несущественно, стремясь асимптотически к некоторой постоянной величине. Следовательно, именно до указанных выше границ от верхнего торца сваи и целесообразно производить усиленное армирование, т.е. укреплять оголовок, и именно, как указано в предлагаемом нами решении с помощью тканой металлической сетки, размещенной спиралеобразно и с жестко зафиксированными концами.