Устройство для завинчивания винтовых пят свай

Устройство для завинчивания винтовых пят свай


RU (11) 2225477 (13) C2

(51) 7 E02D7/22 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2004.03.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2001118889/03 
(22) Дата подачи заявки: 2001.07.06 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.07.06 
(43) Дата публикации заявки: 2003.06.20 
(45) Опубликовано: 2004.03.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2076173 С1, 27.03.1997. SU 87047 А, 18.12.1960. SU 321590 А, 15.02.1972. SU 1041635 А, 15.09.1983. SU 1331956 А1, 23.08.1987. SU 949071 А, 07.08.1982. SU 1560681 А1, 30.04.1990. SU 1794996 А1, 15.02.1993. RU 2131495 С1, 10.06.1999. 
(72) Имя изобретателя: Нежданов К.К.; Туманов В.А.; Нежданов А.К.; Вержбицкий А.В. 
(73) Имя патентообладателя: Пензенская государственная архитектурно-строительная академия 
(98) Адрес для переписки: 440028, г.Пенза, ул. Титова, 28, ПГАСА 

(54) Устройство для завинчивания винтовых пят свай 
Изобретение относится к строительству свайных фундаментов для гражданских и промышленных сооружений. Технический результат изобретения - повышение производительности труда посредством механизации процесса завинчивания винтовых пят свай и повышение несущей способности свай. Технический результат достигнут тем, что устройство для завинчивания винтовых пят свай включает винтовую пяту, извлекаемую металлическую трубу, которая размещена с возможностью скольжения во внутренней муфте захвата и соединена через храповый механизм с внешней муфтой, снабженной двумя симметричными плечами. Каждое из плеч шарнирно соединено с силовой парой гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно установленных на корпусе, подвешиваемом на транспортное средство. Винтовая железобетонная пята сваи армирована спиральной арматурой и снабжена многозаходными лопастями, закрепленными на ее стержне, который имеет заостренный конец с возможностью подачи на него пульпы. В верхнем торце стержня выполнено квадратное или многогранное в сечении гнездо, с установленным в нем стаканом. Нижний конец извлекаемой металлической трубы имеет сечение, соответствующее сечению стакана винтовой пяты, и размещен в стакане с упором в его дно. Гнездо выполнено глубиной, равной 1,5...2 , высота винтовой пяты h = 3...4 , при этом диаметр стержня пяты d = 1,5...2 , а наибольший диаметр пяты D = 2,25...4 , где - размер боковой грани стакана. 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Предлагаемое изобретение относится к строительству свайных фундаментов для гражданских и промышленных сооружений.
Известно устройство для завинчивания свай, описанное в книге [1, с. 13].
Недостаток этого устройства - невозможность использования обычных железобетонных свай и громоздкость оборудования.
Примем за аналогом патент России № 2076173 С1, Е 02 D 7/22, 27.03.1997. В аналоге использовано устройство для завинчивания свай оснащенное силовой парой гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно установленных на корпусе, подвешиваемом к направляющей стреле транспортного средства. Возвратно-поступательные воздействия гидравлических домкратов преобразованы храповым механизмом во вращение.
Устройство для завинчивания свай является сменным оборудованием, например, к экскаватору, перемещается по направляющей мачте и предназначено для изготовления шурупообразных монолитных свай. Преимуществом силовой пары гидравлических домкратов этого устройства являются значительные крутящие моменты, преодолевающие сопротивление грунтового основания.
Недостатки аналога:
- размещение устройства для завинчивания свай на макушке направляющей мачты;
- отсутствие утолщенной пяты у сваи, что снижает ее несущую способность до десяти раз и повышает материалоемкость.
- известный способ невозможно применить при реконструкции и увеличении несущей способности фундамента эксплуатируемого здания.
Технический результат изобретения - повышение производительности труда посредством механизации процесса завинчивания винтовых пят свай и повышение несущей способности свай.
Технический результат достигнут тем, что устройство для завинчивания винтовых пят свай включает винтовую пяту, извлекаемую металлическую трубу, которая размещена с возможностью скольжения во внутренней муфте захвата и соединена через храповой механизм с внешней муфтой, снабженной двумя симметричными плечами.
Каждое из плеч шарнирно соединено с силовой парой гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно установленных на корпусе, подвешиваемом на транспортное средство.
Винтовая железобетонная пята сваи армирована спиральной арматурой и снабжена многозаходными лопастями, закрепленными на ее стержне.
Этот стержень имеет заостренный конец с возможностью подачи на него пульпы, при этом в верхнем торце стержня выполнено квадратное или многогранное в сечении гнездо с установленным в нем стаканом.
Нижний конец извлекаемой металлической трубы имеет сечение, соответствующее сечению стакана винтовой пяты, и размещен в стакане с упором в его дно. Гнездо выполнено глубиной, равной (1,5...2), высота винтовой пяты h = (3...4), при этом диаметр стержня пяты d=(1,5...2), a наибольший диаметр пяты D = (2,25.. .4) , где - размер боковой грани стакана.
Сопоставление разработанного устройства показывает существенные его отличия от аналога:
- корпус силовой пары гидродомкратов оперт выдвижными гидроопорами на поверхность земли и подвешен к транспортному средству;
- завинчивание осуществляется посредством стальной извлекаемой трубы с одновременным нагнетанием пульпы, например глиняной, чем уменьшены энергозатраты при завинчивании винтовой пяты;
- винтовая пята увеличивает площадь опоры сваи и соответственно повышает ее несущую способность в 6... 10 раз;
- при необходимости сваю и винтовую пяту легко извлекают и используют повторно;
- винтовые пяты изготавливают механизировано на заводе железобетонных конструкций;
- производительность процесса повышена.
На фиг. 1-2 показано устройство для завинчивания винтовых свай в двух проекциях; на фиг. 3 – разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 4-5 - винтовая пята с однозаходной лопастью; на фиг. 6 - с двухзаходными лопастями.
Устройство содержит квадратную или многогранную в сечении стальную трубу 1, по которой скользит внутренняя муфта 2 захвата с отверстием, соответствующим сечению трубы 1. Внутренняя муфта 2 соединена с внешней муфтой 3 храповым механизмом (не показано). Вращение одной муфты по отношению к другой по часовой стрелке или в обратную сторону обеспечено 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 к раме транспортного средства 7 и взаимодействует с поверхностью земли гидроопорами 8.
Железобетонная винтовая пята 9 выполнена в заводских условиях и имеет многозаходные лопасти 10.
На фиг. 4-5 показана винтовая пята с однозаходной лопастью. На фиг. 6 - с двухзаходными лопастями. Стержень 11 винтовой пяты 9 имеет заостренный конец 12, в верхнем торце стержня 11 выполнено квадратное или многогранное в сечении гнездо 13. Каждая из лопастей 10 имеет не менее одного витка. Винтовая пята 9 армирована и выполнена из бетона не ниже М400. В винтовой пяте имеется, например, квадратное в сечении гнездо глубиной, равной (1,5...2) , где - размер боковой грани стакана.
От низа сваи до дна стакана винтовой пяты должно быть не менее (1,5.. .2) , то есть высота h винтовой пяты должна быть h = (3.. .4). Диаметр стержня пяты должен быть равен d = (1,5.. .2) , а наибольший диаметр должен быть равен D = (2,25.. .4).
Так, например, при сечении сваи = 40 40 см получим:
глубина гнезда 60... 80 см;
высота винтовой пяты h = 120... 160 см;
диаметр стержня d = 60... 80 см;
наибольший диаметр D = 100... 160 см.
Дно винтовой пяты проверяют на продавливание сваей. Армирование винтовой пяты производят спиральной арматурой, наклоненной к радиальному направлению под углом 30...45° и ориентированной по направлению главных растягивающих напряжений при завинчивании.
Устройство работает следующим образом.
Заранее в проектной точке укладывают винтовую пяту 9 с квадратным (или многогранным) в сечении гнездом для размещения в нем сначала трубы 1, затем сваи 14.
Транспортное средство 7 с подвешенным к нему устройством для завинчивания винтовых пят свай подъезжает к винтовой пяте 9, и оператор совмещает конец четырехгранной (многогранной) трубы 1 с таким же отверстием в винтовой пяте и фиксирует трубу 1 вместе с винтовой пятой 9 вертикально или под углом к вертикали. Регулировка угла производится гидроопорами 8.
Затем оператор включает подачу пульпы под заостренный конец 12 винтовой пяты 9 и включает возвратно-поступательные движения гидравлических домкратов в противофазе, сообщая ими возвратно-вращательное движение внешней муфте 3.
Внешняя муфта 3, в свою очередь, вращает через храповый механизм внутреннюю муфту 2 и трубу 1 по часовой стрелке, завинчивая винтовую пяту 9 до проектной отметки, или в обратную сторону, вывинчивая ее. Причем труба 1 опускается вниз вместе с винтовой пятой 9 или поднимается вверх, а захват скользит по трубе 1. Нагнетание глиняной пульпы под заостренный конец 12 винтовой пяты 9 уменьшает усилия при завинчивании и, следовательно, энергозатраты.
После завинчивания винтовой пяты 9 до проектной отметки в полость трубы 1 опускают сваю 14 до упора в винтовую пяту 9, а стальную трубу 1 извлекают и цикл повторяют со следующей винтовой пятой.
Для увеличения несущей способности сваи 14 за счет сил трения о грунт полость между сваей и грунтом заполняют песчаной пульпой, закачивая ее по шлангу бетононасосом под нижний конец сваи 14 до выхода пульпы наружу. В случае достаточной прочности сваи при скручивании металлическая труба 1 может не применяться, и завинчивание пяты производится непосредственно через сваю 9.
Если же грунты слабые, то диаметр пяты для повышения ее несущей способности приходится увеличивать и в этом случае мы вынуждены для завинчивания пяты применять стальную трубу 1, так как значительный крутящий момент может разрушить железобетонную сваю 14.
Винтовые пяты 9 свай 14 могут быть применены и как самостоятельные фундаменты мелкого заложения. Необходимость в производстве земляных работ в этом случае отпадает. Несущая способность грунта повышается, так как грунт при завинчивании винтовой пяты уплотняется.
Экономический эффект по сравнению с аналогом достигнут из-за следующего:
- удобного опирания корпуса устройства для завинчивания винтовых пят свай гидроопорами на поверхность земли и создание за счет этого контрмомента, уравновешивающего активный момент, возникающий при завинчивании винтовой пяты;
- увеличения площади опирания железобетонной сваи на грунт и соответствующего увеличения в 6... 10 раз ее несущей способности и снижения материалоемкости;
- повышения производительности процесса устройства свайного фундамента;
- устранения разрушения железобетонных свай при завинчивании;
- уменьшения энергозатрат при завинчивании винтовой пяты посредством нагнетания пульпы, например глиняной, под ее заостренный конец;
- повторного использования свай и винтовых пят при необходимости.
Литература
1. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой России. - М.:
ГУПЦПП,1988.-48с.
2. Патент России № 2076173 С1, Е 02 D 7/22, 27.03.1997. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Устройство для завинчивания винтовых пят свай, включающее винтовую пяту, извлекаемую металлическую трубу, которая размещена с возможностью скольжения во внутренней муфте захвата, которая соединена через храповой механизм с внешней муфтой, снабженной двумя симметричными плечами, а каждое из плеч шарнирно соединено с силовой парой гидравлических домкратов возвратно-поступательного действия, шарнирно установленных на корпусе, подвешиваемом на транспортное средство, отличающееся тем, что винтовая пята сваи выполнена железобетонной, армирована спиральной арматурой и снабжена многозаходными лопастями, закрепленными на ее стержне, имеющим заостренный конец с возможностью подачи на него пульпы, при этом в верхнем торце стержня выполнено квадратное или многогранное в сечении гнездо, с установленным в нем стаканом, причем нижний конец извлекаемой металлической трубы имеет сечение, соответствующее сечению стакана винтовой пяты, и размещен в стакане с упором в его дно, а гнездо выполнено глубиной, равной 1,5...2 , высота винтовой пяты h = 3...4 , при этом диаметр стержня пяты d = 1,5...2 , а наибольший диаметр пяты D = 2,25...4 , где - размер боковой грани стакана.