стыковое соединение шишкова секций трубчатой сваи

Формула изобретения

1. Стыковое соединение секций трубчатой сваи, включающее соединительный, объединяющий концы секций, элемент, отличающееся тем, что соединительный элемент содержит две стенки, жесткую и гибкую, соединенные по средней линии кольцевой диафрагмой, между которыми расположены стенки трубчатой сваи, причем на поверхностях стенок соединительного элемента, обращенных к поверхности сваи, выполнены гофры из металлического сминаемого листа, прикрепленного в местах касания гофр к соединительному элементу, а внутренние полости гофр заполнены сжимаемым расширяющимся при затвердевании материалом.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что концы жестких стенок соединительного элемента выполнены с скосами под углами, вершины которых прилегают к стыкуемым секциям, а концы гибких стенок отогнуты в противоположную сторону от пристыкованных поверхностей.

3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что часть диафрагмы, заключенная между стенками соединительного элемента, выполнена сплошной, а часть диафрагмы, расположенная в полости трубчатой сваи, выполнена перфорированной.

4. Соединение по п.1, отличающееся тем, что вертикальные стенки соединительного элемента выполнены с прорезями или проемами, причем в случаях их осуществления в обеих стенках они расположены симметрично в плане и попарно для образования пазов.

5. Соединение по п.1, отличающееся тем, что внутри соединительного элемента размещена в сплошной или перфорированной оболочке сухая бетонная или железобетонная смесь, расширяющаяся при увлажнении и затвердевании.

6. Соединение по пп.4 и 5, отличающееся тем, что внутренние стенки соединительного элемента снабжены гибкими распорными связями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к свайному фундаментостроению, и также может быть использовано в качестве конструктивного решения при осуществлении других видов строительно-монтажных работ, в ходе которых предусматривается стыковка сборных трубчатых элементов.

Известно соединение бетонных трубчатых свай с использованием коротких соединительных трубчатых элементов в виде нерезьбовых ниппелей. После погружения первой свайной секции в верхний ее конец вставляют ниппель, который наполовину выступает наружу. Затем на первую секцию и выступающий конец ниппеля устанавливают вторую свайную секцию. Соединенные вместе первую и вторую секции забивают в грунт основания строго в вертикальном положении [1]

Недостатки этого соединения:

недостаточная надежность из-за неплотного контакта гладких пристыкованных поверхностей при наличии возможных зазоров, принимая во внимание отсутствие каких-либо уплотнителей и учитывая регламентируемые нормами допускаемые отклонения габаритных размеров;

усложнение при изготовлении и производстве работ в виду необходимости повышения требований к качеству, точности изготовления и монтажа;

снижение производительности и повышение энергоемкости и трудоемкости работ из-за возможного откоса верхней секции при забивке при недостаточно жестком сопряжении стыкуемых частей свай;

повышение стоимости с учетом изложенных недостатков.

Известно стыковое соединение секций забивной сваи, включающее цилиндрическую металлическую обойму с фасками на концевых участках стыкуемых элементов, торцы которых примыкают друг к другу, причем концевые участки соединительной обоймы имеют упоры в торцевых частях стыкуемых секций, а для повышения прочности соединения дополнительно предусматривается их закрепление с использованием сварки либо твердеющего материала, например цементного теста. Концевые участки стыкуемых элементов могут быть выполнены с бетонными шлицами [2]

Недостатками этой конструкции стыкового соединения являются:

необходимость изменения габаритных размеров концевых участков стыкуемых элементов и выполнения рифленых поверхностей, что не позволяет производить стыковку свай в любом сечении по их длине (например при срубке выступающих частей забитых свай и повторном использовании пасынков);

замедление работ в связи с необходимостью выполнения сварки требующегося времени для набора прочности при использовании твердеющего материала;

недостаточная надежность стыковых соединений, а также невозможность их выполнения в сложных условиях производства работ, например, под водой и др.

Известно стыковое соединение частей забивной железобетонной сваи, включающее трубчатую соединительную деталь, в полости которой расположены смежные концы этих частей, конец одной из соединяемых частей снимаемый в продольном и прочный в поперечном направлении наружный слой, преимущественно из асбестоцемента, обжимаемый трубчатой соединительной деталью, закрепленной жестко другим концом на второй соединяемой части. Как вариант конец части сваи со сминаемым наружным слоем выполнен с поперечной резьбой, например треугольной, имеющей глубину, преимущественно равную превышению диаметра этого конца над внутренним диаметром насажанной на него трубчатой соединительной детали [3]

Рассматриваемое стыковое соединение имеет следующие недостатки:

сложность при изготовлении;

ограничение области применения из-за невозможности стыковки типовых стандартных частей свай в любом произвольном их сечении по высоте ствола, не имеющих специальных соединительных деталей, например, при использовании в качестве модульных свай;

отсутствие возможности рихтовки, вероятность заклинивания с учетом отклонений размеров или наоборот, слабой неплотной заделки стыков, так как при насаживании соединительной детали материал резьбы стесывается наружу из-за отсутствия удерживающей преграды, а стенки резьбы не обладают способностью их отгибания без разрушения материала;

при одностороннем давлении при насаживании возможно разрушение тонких стенок труб, из-за чего невозможно его использование для стыковки трубчатых свай;

недостаточная надежность и долговечность в случае, если несущая способность обеспечивается только за счет металлической обоймы без последующей обетонировки (при выполнении наружной обетонировки потребуется время на ее выполнение).

Наиболее близким к изобретению, принятому в качестве прототипа, является стыковое соединение секций сборной трубчатой сваи, включающее соединительный, объединяющий концы секций трубчатый элемент (муфту) с кольцевым выступом по средней линии, расположенный внутри стыкуемых секций, причем на наружной поверхности соединительного элемента выполнен активный слой из термобиметалла. Соединительная деталь при нагревании приобретает бочкообразную форму, благодаря чему ее вводят в нижнюю секцию забитой трубчатой сваи, причем выступ ложится на ее торец; затем устанавливают верхнюю секцию и после охлаждения соединительная деталь надежно охватывает концы секций [4]

Недостатками этой конструкции стыкового соединения являются:

ограничение области использования, например невозможности стыковки свай под водой или составных свай, погруженных в предварительно выполненные лидерные скважины;

замедление работ, связанное с необходимостью нагревания и остывания соединительной детали;

снижение надежности при длительной эксплуатации из-за возможной коррозии металла;

слабой несущей способности при использовании секций сборных железобетонных свай, имеющих значительные допуски при изготовлении, поэтому крепление за счет расширения металла соединительной детали при нагревании может оказаться недостаточным;

одностороннее давление на стенки стыкуемых секций, причем только изнутри, что приводит к работе их на растягивающие напряжения и также снижает несущую способность и надежность соединения (в заявленном решении стенки обжимаются с двух сторон и работают только на сжатие, что является более оптимальным).

Задача изобретения максимальное ускорение соединения и повышение его надежности, а также расширение области использования.

Это достигается тем, что стыковое соединение, включающее соединительный, объединяющий концы секций элемент содержит две стенки, жесткую и гибкую, соединенные по средней линии кольцевой диафрагмой, между которыми расположены стенки трубчатой сваи, причем на поверхностях стенок, обращенных к поверхности сваи, выполнены гофры из металлического сминаемого листа, прикрепленного а местах касания гофр к соединительному элементу, а внутренние полости гофр заполнены сжимаемым, расширяющимся при затвердевании материалом.

Концы жестких стенок соединительной детали могут быть выполнены со скосами для облегчения погружения свай в грунты, а концы гибких стенок отогнуты для создания оптимальных условий стыковки.

Часть диафрагмы, заключенной между жесткой и гибкой стенками соединительного элемента, может быть выполнена сплошной, а часть диафрагмы, расположенной в полости трубчатой сваи, перфорированной.

Для снижения материалоемкости и лучшей работы жесткие и гибкие стенки могут быть выполнены с прорезями или проемами в виде отдельных лепестков, причем в случае их осуществления в обеих стенках они расположены симметрично в плане и попарно для образования пазов.

Для повышения несущей способности внутри соединительной детали может быть размещен в сплошной или перфорированной оболочке материал, например сухая бетонная или железобетонная смесь, расширяющийся при увлажнении и затвердевении, причем на период стыковки этот материал отжимается гибкой стенкой и благодаря демпфированию повышает ее несущую способность.

Для большего повышения несущей способности внутренних стенок соединительного элемента они могут быть снабжены гибкими распорными связами.

На фиг. 1 изображено стыковое соединение секций сборной трубчатой сваи (продольный вертикальный разрез); на фиг. 2 деталь уплотнения зазоров в месте контакта секций и соединительной детали (до монтажа верхней и при нижней состыкованной секциях); на фиг. 3, 4 стыковое соединение в плане, поперечный разрез; на фиг.5 разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 соединение трубчатых элементов в горизонтальном положении.

Стыковое соединение секций 1, 2 сборной трубчатой сваи включает соединительный элемент 3 с кольцевой диафрагмой 4, расположенной в средней части элемента 3 между торцами стыкуемых секций 1, 2. Наружная стенка 5 соединительного элемента 3 выполнена жесткой, а внутренняя 6 гибкой. На внутренних поверхностях соединительного элемента 3 выполнен активный скрепляющий слой 7, например, из гофрированного тонкого сминаемого листа 8, прикрепленного в местах касания 9 гофр 8 к соединительной детали. Внутренняя полость гофр 8 заполнена сминаемым, расширяющимся при затвердевании материалом 10.

Концы жестких стенок 5 соединительного элемента 3 могут быть выполнены со скосами 11 под углами, вершины которых прилегают к стыкуемым секциям 1, 2, а концы 12 гибких отгибаемых стенок 6 отогнуты в противоположную сторону от пристыкованных поверхностей.

Вертикальные наружные стенки 5 соединительного элемента 3 могут быть выполнены цельными из труб (не показано), либо с прорезями или проемами для улучшения сгибаемости отдельных лепестков, которые расположены симметрично в плане и попарно с внутренними стенками 6 для образования пазов в других сочетаниях (например жесткие стенки 5 цельными, а гибкие 6 с прорезями или проемами).

Кольцевая диафрагма 4 в средней части может быть выполнена по всей площади поперечного сечения сплошной с отверстием в средней части или перфорированной 13.

Внутри соединительного элемента может быть размещена в сплошной цельной или перфорированной оболочке сухая бетонная или железобетонная смесь 14, расширяющаяся при увлажнении и наборе прочности, а внутренние стенки 6 соединительного элемента могут быть снабжены гибкими распорками 15 для повышения их демпфирования и несущей способности соединения в целом.

Соединение секций производится следующим образом.

На нижнюю погруженную в грунт секцию 2 устанавливают соединительный элемент 3, а затем верхнюю секцию 1. Легкими ударами сваебойного агрегата (не показан) сближают концы стыкуемых секций до кольцевой диафрагмы, выполняющей роль упора. Наружная жесткая 5 и внутренняя гибкая 6 стенки соединительного элемента обеспечивают фиксацию их необходимого положения.

Скрепляющий активный слой 7 выполнен из гофрированного тонкого сминаемого листа 8, имеющего крепление 9 к стенкам 5 и 6 соединительного элемента. Внутренние полости гофр заполнены расширяющимся при затвердении материалом 10. Расстояние между вершинами гофр наружной и внутренних стенок 5, 6 менее толщины стенок стыкуемых секций 1, 2.

Даже при сравнительно небольших усилиях стыкуемые концы секций сминают выступающие гофры, которые, деформируясь, заполняют зазоры между стыкуемыми поверхностями. При этом происходит нарушение герметичности (разрыв тонких листов), благодаря чему скрепляющий материал 10, заполняющий гофры, также способствует повышению жесткости заделки.

Снижение периметра и выполнение наружных стенок 5 жесткими со скосами 11 способствует лучшему погружению состыкованных свай.

Выполнение внутренних стенок 6 гибкими с возможностью их отгибания и отогнутыми концами 12, а также разделенными прорезями по высоте, создает наиболее оптимальные условия для стыковки, в том числе возможность рихтовки стыкуемых секций.

Таким образом, заявленное техническое решение в сравнении с аналогами и прототипом позволяет осуществлять быструю и точную фиксацию положения концевых частей стыкуемых секций, причем с оптимальным обжатием их стенок с двух сторон. При этом обеспечивается практически без остановки требуемая на период погружения прочность заделки стыков свай заполнением зазоров из сминаемых гофрированных листов под давлением при забивке. В необходимых случаях, принимая разную высоту, шаг или толщину гофр, можно повысить плотность сминаемого уплотняющего слоя, а, следовательно, и прочность заделки. Дальнейший набор прочности стыков может происходить при затвердевании пластичного материала.

Кроме того, для повышения прочности кольцевая диафрагма 4 может быть выполнена сплошной или перфорированной 13, а внутреннее пространство заполнено сухой бетонной смесью 14 на расширяющемся цементе. При смачивании смеси она увеличивается в объеме и затвердевает, при этом окончательный набор прочности стыка происходит после погружения состыкованных секций свай.

Принятые решения обеспечивают преимущества, позволяющие значительно ускорить погружение состыкованных свай, повысить их надежность, а также расширить область применения.

Другие преимущества и особенности заявленного технического решения.

1. Возможность стыковки как железобетонных, так и металлических трубчатых свай, причем не только круглого сечения, но и имеющих форму прямоугольника и других труб.

2. В целях большей индустриализации и ускорения работ возможен вариант монтажа одной из секций, например верхней секции, с заранее пристыкованными соединительными элементами, устанавливаемыми на нижнюю забитую в грунт секцию сваи.

3. Конструкция стыка позволяет осуществить стыковку элементов даже с неровными торцами благодаря заполнению возможных щелей скрепляющим жидким или пластичным материалом, внедряемым под большим давлением при погружении.

4. В отличии от известных аналогов при стыковке не требуется устройство закладных деталей, изменение сечения ствола, выполнение рифленых поверхностей и т.д. что позволяет производить стыковку модульных трубчатых свай, в том числе с использованием срубленных пасынков, в любом сечении по высоте ствола на принципах безотходной технологии.

5. Обеспечивается повышение надежности, так как конструкция стыка исключает необходимость использования сварки, а следовательно, позволяет избежать и остаточных напряжений, практически всегда возникающих при сварке стыков. Однако предлагаемый "сухой" стык после погружения при необходимости приобретает свойства жесткого железобетонного замоноличенного стыка.

6. Конструкция гофр скрепляющего слоя может быть разной с учетом конкретных факторов и случаев стыковки (их уклон, сечение, высота, шаг и прочее).

Важная задача конструктивного решения обеспечение их послойной относительно равномерной укладки при смятии без образования "пробок" и срыва прикреплений к стенкам. Для чего, например, с целью повышения сгибаемости одна из двух стенок каждой гофры может быть волнистой или значительно более изогнутой (не показано), высота гофр в нижней зоне стыка уменьшается во избежание наслоений и т.д.

Часть скрепляющего материала выдавливается через открытые зазоры, гибкая стенка может отгибаться во внутрь для равномерного обжатия секции. Это очень важный, существенный фактор, обеспечивающий снижение давления на тонкие стенки трубчатых свай. Для большей эффективности в отдельных случаях в жестких и гибких стенках могут выполняться необходимые отверстия.

При варианте с сухой смесью во внутренней полости сваи в момент стыковки смесь также отжимается гибкой стенкой и как бы включается в совместную работу, затем, затвердевая после погружения, фиксирует это положение, а расширяясь при затвердевании, повышает прочность заделки. Образуется цельное сплошное железобетонное включение, объединяющее секции в виде обоймы.

7. Возможность стыковки элементов в стесненных условиях, в том числе и лидерных скважинах на глубине от поверхности, под водой и т.д.

Большое преимущество дает возможность предварительной стыковки секций свай на земле в горизонтальном положении (например в условиях строительства с использованием домкратов) с последующим погружением в грунт с использованием сваебойных агрегатов.

8. В случае необходимости техническое решение может быть использовано для стыковки коммуникационных трубопроводов (например водопровода, канализации, промпродуктов, нефтепроводов, газопроводов и др.). Принципиальное решение стыковки в этом случае аналогично п. 1 формулы изобретения. При этом для обеспечения снижения сопротивления, например, жидкости жесткая стенка 5 размещается внутри трубы, а гибкая 6 снаружи (см. фиг. 6). При использовании металлических труб при необходимости для повышения герметичности стыков имеется возможность дополнительного устройства сварных швов.

В случае необходимости защиты от коррозии соединительный элемент в целом или его отдельные части могут быть выполнены из упроченной пластмассы.

9. Принципиальная возможность стыковки трубчатых секций свай или трубопроводов, имеющих неодинаковые габариты в диаметре и разную толщину стенок за счет изменения размеров гофр или при выполнении соединительной детали переменного сечения (не показано).

10. Техническое решение полной заводской готовности дает возможность практически моментально производить стыковку трубчатых секций, что обеспечивает максимальное ускорение работ. Поэтому оно может быть успешно использовано и в особых, чрезвычайных ситуациях, особенно в случаях, где применение сварки не желательно или не допускается. Например, для прокладки линии водовода при разливе нефти для тушения пожаров на нефтепромыслах и др. (для быстрого возведения объектов, например мостов и инженерных коммуникаций в военное время, в целях гражданской обороны, для временной прокладки поверху при авариях, замене подземных инженерных сетей без длительных задержек обеспечения водой, теплом и т.д.).