способ завинчивания винтовых пят свай

Формула изобретения

Способ завинчивания винтовых пят свай, который включает установку в проектной точке на поверхности грунта пяты, имеющей центральный квадратный или многогранный в сечении стакан, связанный со стальной извлекаемой трубой, которую фиксируют под углом к поверхности земли и пропускают сквозь внутреннюю муфту захвата механизма завинчивания, выполненного в виде силовой пары гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, подвешенных к транспортному средству, включают прямой ход одного и обратный ход другого гидравлических домкратов, сообщающих внешней муфте захвата возвратно-вращательные круговые движения, передаваемые ею через храповой механизм на внутреннюю муфту, принудительно вращают стальную извлекаемую трубу по или против часовой стрелки и сообщают одностороннее круговое движение винтовой пяте сваи, ввинчивают ее в грунт до проектной отметки, извлекают из грунта стальную трубу и повторяют операции со следующей сваей, отличающийся тем, что винтовую пяту выполняют железобетонной, одновременно с процессом завинчивания нагнетают глиняную пульпу, выполняющую функции смазки, под острие железобетонной винтовой пяты, уменьшая этим трение железобетонной винтовой пяты о грунт, перед извлечением стальной трубы в нее вставляют до упора в винтовую пяту сваю, а после извлечения стальной трубы в зазор между сваей и грунтом опускают шланг пульпопровода до нижней отметки сваи, по шлангу подают песчаную пульпу, до полного заполнения зазора между сваей и грунтом и выхода пульпы на поверхность грунта, повышая несущую способность сваи, шланг извлекается без отключения подачи пульпы, затем отключается подача песчаной пульпы, и циклы повторяются со следующей сваей.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ завинчивания, описанный в книге [1, с. 13].

Примем за аналог патент [2, № 2076173]. В аналоге описан способ завинчивания винтовых свай. Используют базовую машину [3, с.153, рис. IV.5.6.] с поворотной платформой и гидроопорами и направляющей мачтой, связанной с поворотной платформой, с возможностью установки направляющей мачты на грунт под разными углами к поверхности земли.

На направляющей мачте установлена каретка с реверсивным приводом, перемещающаяся вдоль направляющей мачты, трубчатая штанга, связанная с приводом. На конце трубчатой штанги прикреплен наконечник, имеющий винтовой выступ.

Привод выполнен из двух гидроцилиндров возвратно-поступательного действия, охватывающих вилкой направляющую мачту и присоединенных корпусом к корпусу привода.

Устанавливают в проектной точке на поверхности грунта полый винтовой наконечник, имеющий центральный квадратный или многогранный в сечении стакан, вставляют в стакан извлекаемую трубчатую штангу такого же сечения до упора в дно теряемого башмака, закрывающего нижнее отверстие, и упирают гидроопоры транспортного средства в поверхность грунта.

Фиксируют трубчатую штангу под углом относительно поверхности грунта, пропускают ее сквозь внутреннюю муфту храпового устройства механизма завинчивания, включают прямой ход одного и обратный ход другого силовых гидравлических домкратов, образующих пару.

Преобразуют храповым устройством возвратно-вращательные движения внешней муфты храпового устройства механизма завинчивания в круговое движение внутренней муфты храпового устройства.

Принудительно вращают извлекаемую трубчатую штангу по часовой стрелке и через нее ввинчивают в грунт винтовой наконечник сваи до проектной отметки. Опускают извлекаемую трубчатую штангу арматурный каркас сваи до упора в дно теряемого башмака и шланг для подачи бетона в образованную винтовую скважину.

Вывинчивают винтовой наконечник, вращая трубчатую штангу против часовой стрелки, и одновременно бетонируют и уплотняют бетон в винтовой скважине. Затем циклы повторяют со следующей сваей.

В аналоге, для завинчивания свай, использована силовая пара гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно подвешенных к направляющей мачте транспортного средства. Возвратно-поступательные воздействия гидродомкратов преобразованы храповым устройством [3, с.271, рис.5.2.23] во вращение.

Устройство для завинчивания свай является сменным оборудованием, например, к крану, экскаватору, перемещается по направляющей мачте и предназначено для изготовления шурупообразных монолитных свай.

Преимуществом силовой пары гидродомкратов этого устройства являются значительные крутящие моменты, преодолевающие сопротивление грунтового основания ввинчиванию полувинтового наконечника. Примем известное устройство за аналог.

Недостаток аналога:

- размещение устройства для завинчивания свай на направляющей мачте высоко над поверхностью грунта;

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

- невозможность завинчивания готовых железобетонных свай и громоздкость оборудования.

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

Технический результат достигнут тем, что при завинчивании винтовых пят свай устанавливают в проектной точке на поверхности грунта винтовую пяту, имеющую сверху центральный квадратный или многогранный в сечении стакан.

Винтовая пята связана со стальной извлекаемой трубой, которую фиксируют под углом к поверхности земли и пропускают сквозь внутреннюю муфту захвата механизма завинчивания, выполненного в виде силовой пары гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, подвешенных к транспортному средству.

Включают прямой ход одного и обратный ход другого гидравлических домкратов, сообщающих внешней муфте захвата возвратно-вращательные круговые движения, передаваемые ею через храповой механизм на внутреннюю муфту.

Принудительно вращают стальную извлекаемую трубу по или против часовой стрелки и сообщают одностороннее круговое движение винтовой пяте сваи, ввинчивают ее в грунт до проектной отметки.

Извлекают из грунта стальную трубу и повторяют операции со следующей сваей.

Способ реализован тем, что винтовую пяту выполняют железобетонной, одновременно с процессом завинчивания нагнетают глиняную пульпу под острие железобетонной винтовой пяты, выполняющую функции смазки. Глиняная пульпа уменьшает трение железобетонной винтовой пяты о грунт.

Перед извлечением стальной трубы в нее вставляют до упора в винтовую пяту сваю, а после извлечения стальной трубы в зазор между сваей и грунтом опускают шланг пульпопровода до нижней отметки сваи. По шлангу подают песчаную пульпу до полного заполнения зазора между сваей и грунтом и выхода песчаной пульпы на поверхность грунта, повышая этим несущую способность сваи.

Шланг извлекают без отключения подачи пульпы, затем отключают подачу песчаной пульпы, циклы повторяют со следующей сваей.

Сопоставление разработанного способа показывает существенные его отличия от аналога:

- силовую пару гидродомкратов подвешивают внизу направляющей мачты транспортного средства, опирая на железобетонную винтовую пяту;

- завинчивание железобетонных винтовых пят свай осуществляют посредством извлекаемой стальной трубы, чем исключено повреждение железобетонной сваи;

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

- сопротивление грунтового основания завинчиванию железобетонных винтовых пят уменьшается посредством нагнетания глиняной пульпы под острие железобетонной винтовой пяты; глиняная пульпа выполняет функции эффективной смазки и значительно уменьшает трение железобетонной винтовой пяты о грунт;

- железобетонные сваи и винтовые пяты легко извлекаются и используются повторно;

- производительность процесса повышается.

На фиг. 1, 2 показана реализация способа завинчивания винтовых пят свай в двух проекциях; на фиг.3 – разрез по А-А на фиг.1; на фиг. 4, 5 – железобетонная винтовая пята с однозаходной лопастью в двух проекциях; на фиг. 6 - с двухзаходными лопастями.

Устройство содержит квадратную или многогранную, т.е. не круглую в сечении стальную трубу 1, по которой скользит внутренняя муфта 2 захвата с отверстием, соответствующим сечению извлекаемой стальной трубы 1. Внутренняя муфта 2 соединена с внешней муфтой 3 храповым механизмом (не показано) [3, с.271, рис. 5.2.23].

Внешняя муфта 3 передает вращение посредством храпового механизма на внутреннюю муфту 2. Изменение направления вращения в обратную сторону обеспечена 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 внизу к направляющей мачте транспортного средства 7. Транспортное средство 7 взаимодействует с поверхностью земли гидроопорами 8.

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

На фиг. 4-5 показана железобетонная винтовая пята с однозаходной лопастью в двух проекциях. На фиг. 6 - с двухзаходными лопастями. Стержень 11 железобетонной винтовой пяты 9 имеет заостренный конец 12.

В верхнем торце стержня 11 имеется центральный квадратный или многогранный в сечении стакан 13. Каждая из лопастей 10 имеет не менее одного витка. Железобетонная винтовая пята 9 армирована и выполнена из бетона марки не ниже М400 и должна быть проверена на продавливание сваей.

Армирование железобетонной винтовой пяты 9 производят спиральной арматурой, наклоненной к радиальному направлению под углом 30...45⁰. Арматура ориентирована по направлению главных растягивающих напряжений при завинчивании.

В железобетонной винтовой пяте 9 есть, например, квадратный в сечении стакан 13 глубиной, равной (1,5...2) , где - размер боковой грани стакана 13 в железобетонной винтовой пяте. Нижний конец сваи упирается в дно стакана в железобетонной винтовой пяте 9. Глубина стакана 13 должна быть не менее (1,5...2) .

Высота h железобетонной винтовой пяты равна h = (3...4) . Размер d стержня железобетонной винтовой пяты равен (1,5...2) , а наибольший диаметр D равен (1,5...2) d, т.е. D = (2,25.. .4) .

Способ завинчивания винтовых пят 9 осуществлен следующим образом:

- в проектной точке на поверхности грунта устанавливают железобетонную винтовую пяту 9 сваи 14 с квадратным или многогранным в сечении стаканом 13 по центру;

- внизу к направляющей мачте транспортного средства 7 подвешивают силовую пару гидравлических домкратов 5;

- транспортное средство 7 подъезжает к железобетонной винтовой пяте 9, и силовую пару гидравлических домкратов 5 размещают над железобетонной винтовой пятой;

- совмещают стакан 13 в верхнем торце железобетонной винтовой пяты с отверстием во внутренней муфте 2 захвата;

- вставляют, в совмещенные отверстия, стальную трубу 1 такого же сечения, пропускают ее через захват и далее вставляют ее до упора в стакан 13 в железобетонной винтовой пяте 9;

- фиксируют верхний конец извлекаемой стальной трубы 1 под заданным углом б к поверхности земли, стрелой транспортного средства;

- упирают гидроопоры 8 транспортного средства 7 в поверхность грунта и соединяют силовую пару гидродомкратов 5 с внешней муфтой 3;

- одновременно включают нагнетание глиняной пульпы под острие железобетонной винтовой пяты 9, уменьшая ее трение о грунт, и принудительно ввинчивают ее гидравлическими домкратами 5 посредством извлекаемой стальной трубы 1;

- уменьшают сопротивление ввинчиванию железобетонной винтовой пяты 9 в грунт, нагнетанием глиняной пульпы, выполняющей функцию эффективной смазки;

- одновременно по лучу лазера контролируют достижение извлекаемой стальной трубой 1 проектной отметки;

- вставляют в стальную трубу 1 железобетонную сваю до упора ее в железобетонную винтовую пяту 9;

- после извлечения стальной трубы 1 в зазор между железобетонной сваей и грунтом опускается шланг пульпопровода до нижней отметки сваи и по шлангу закачивают песчаную, гравийную, шлаковую пульпу, полностью заполняя зазор между сваей и грунтом до выхода пульпы на поверхность грунта;

- шланг извлекают без отключения подачи пульпы;

- подачу песчаной пульпы отключают, и циклы повторяют со следующей сваей.

Экономический эффект достигнут из-за следующего:

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

- повышения производительности процесса устройства свайного фундамента и уменьшения энергоемкости, т.к. сопротивление ввинчиванию железобетонной винтовой пяты 9 в грунт уменьшено нагнетанием глиняной пульпы, выполняющей функцию эффективной смазки;

- устранения повреждения железобетонных свай при завинчивании;

- повторного использования свай и железобетонных винтовых пят 9.

Литература

1. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты/Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1988.-48 с.

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

3. Справочник по кранам: В 2 т., Т.2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов. М.П. Александров, М.М. Гохберг, Москва, Машиностроение, 1988, с.559.