EA008306B1 - Design of screw metal pile - Google Patents

Abstract

The invention can be used for reinforcing foundations of bulging buildings and arrangement of pile fixed platform for any type buildings, radio masts, power transmission line towers, as well as anchors for constructing “walls in soil” and other filler structures. Thick-walled small-diameter 1.5.-2.0 m long pipes are used as a pile body of a screw pile or anchor connected therebetween by short round links having the same diameter as the pipe's inner diameter. The links are also used for mounting blades, the blades are fixed automatically to the pile body due to special cuts made on pile ends. Said projections repeat blades screw configuration. All elements of a composite pile are bolt-connected. Short element length and complete pile prefabricability allows to manufacture them in constricted areas keeping environment ecology. Such design of the screw pile stipulates to use fully soil carrying capacity into which pile blades are screwed, since it can predetermined the blade area and choose the required diameter thereof. The invention is aimed at lesser pile cost, since only blades and jointing units can be manufactured stationary, wherein the pile can be assembled under any conditions including at any construction site.

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при строительстве и усилении зданий и сооружений, а также для анкеровки подпорных стен.The invention relates to the construction and can be used in the construction and strengthening of buildings and structures, as well as for anchoring retaining walls.

В связи с огромным разнообразием инженерно-геологических условий строительных площадок, на которые возводятся или были возведены здания и сооружения, часто встречаются такие грунтовые условия, которые требуют применения свайных конструкций. В условиях тесной городской застройки, при наличии в российских городах большого количества исторических зданий и памятников традиционный способ погружения забивных, буронабивных и задавливаемых свай становится невозможным из-за значительных воздействий на близлежащие постройки, вызывающих в них нежелательные деформации.Due to the huge variety of engineering and geological conditions of construction sites on which buildings and structures are being built or were erected, such ground conditions are often encountered that require the use of pile structures. In conditions of close urban development, given the presence in the Russian cities of a large number of historical buildings and monuments, the traditional method of immersing driven, bored and crushed piles becomes impossible due to the significant effects on nearby buildings causing undesirable deformations in them.

В связи с этим во многих городах, в частности в Москве, Санкт-Петербурге и других, этот вид работ запрещен.In this regard, in many cities, particularly in Moscow, St. Petersburg and others, this type of work is prohibited.

В то же время многие исторические здания требуют капитального ремонта, в том числе и усиления фундаментов сваями.At the same time, many historic buildings require major repairs, including strengthening the foundations with piles.

В настоящее время для этих целей широко применяют буроинъекционные сваи, которые имеют ряд недостатков, к числу которых относится получение большого количества шлама, затрудняющее производство работ в городских условиях, достаточно громоздкое оборудование, не позволяющее производить работы в низких подвалах;Currently, for these purposes widely used injection piles, which have several disadvantages, including obtaining a large amount of sludge, impeding the production of works in urban areas, rather cumbersome equipment that does not allow to work in low basements;

низкая несущая способность буроинъекционных свай, работающих на трение по боковой поверхности;low load bearing capacity of injection piles working on friction along the lateral surface;

невысокая производительность существующего оборудования.low productivity of existing equipment.

Всех этих недостатков лишены винтовые металлические сваи. Известно, что несущая способность винтовой сваи определяется физико-механическими характеристиками грунтов, на которые опирается лопасть винтовой сваи. Чем больше диаметр лопасти, тем больше площадь поперечного сечения, воспринимающая нагрузку.Screw metal piles are deprived of all these defects. It is known that the bearing capacity of a screw pile is determined by the physicomechanical characteristics of the soils on which the blade of the screw pile rests. The larger the diameter of the blade, the greater the cross-sectional area, perceiving the load.

В существующих винтовых сваях диаметр лопасти задается и, как правило, жестко соединяется с наконечником сваи. В реальных условиях строительства грунты основания имеют в большинстве случаев пестрые напластования, значительно отличающиеся друг от друга по своим физико-механическим характеристикам. В таких условиях предпочтительней помещать лопасти винтовой сваи в те пласты грунта, которые обладают наилучшими физико-механическими характеристиками. Чтобы этого достигнуть, нужно лопасти винтовой сваи сделать съемными. В этом случае диаметр лопасти можно подбирать, исходя из физико-механических характеристик грунтов, при этом достигается наибольший эффект использованного материала сваи. Кроме того, чтобы иметь возможность производить работы по завинчиванию свай в любых стесненных по высоте условиях, винтовые сваи должны быть составными, причем высота элемента составной винтовой сваи должна варьироваться в широких пределах.In existing screw piles, the blade diameter is specified and, as a rule, rigidly connected to the tip of the pile. In real conditions of construction, the soils of the base have, in most cases, variegated beddings, significantly differing from each other in their physico-mechanical characteristics. In such conditions, it is preferable to place the blades of the screw pile in those layers of soil that have the best physico-mechanical characteristics. To achieve this, you need to make the blades of the screw pile removable. In this case, the diameter of the blade can be selected on the basis of the physico-mechanical characteristics of the soil, thus achieving the greatest effect of the pile material used. In addition, in order to be able to work on screwing up piles in any height-constrained conditions, screw piles must be composite, and the height of the element of the composite screw pile must vary widely.

Известна конструкция сваи (патент Японии № 3-50045, МКИ Е02И 5/56, 1991 г.).Known piling design (Japan patent No. 3-50045, MKI E02I 5/56, 1991).

Отличается эта свая тем, что на ее столбчатом участке выполнены прерывистые или непрерывные лопасти, которые приварены к столбчатой части. Ствол сваи имеет круглую форму в сечении. Свая имеет следующие недостатки. Непрерывные лопасти представляют собой шнек, который, как известно, способствует завинчиванию сваи, но не увеличивает несущую способность сваи. Прерывистые лопасти воспринимают нагрузку каждая по отдельности. Несущая способность каждой лопасти определяется не только физико-механическими характеристиками грунта, но и качеством сварки, соединяющей лопасть со стволом сваи. Даже при отличном качестве сварки несущая способность лопасти будет лимитирована длиной сварного шва, которая ограничена в данной конструкции. В случае, если лопасть завинчена в грунт с высокими физико-механическими характеристиками, то свойства грунтов будут не реализованы. Кроме того рассматриваемая свая по этому патенту не составная, поэтому имеет ограниченное применение, т.е. в условиях открытой площадки для возведения фундаментов под вновь строящиеся здания.This pile is distinguished by the fact that discontinuous or continuous blades are made on its column section, which are welded to the column section. The pile shaft has a round shape. The pile has the following disadvantages. Continuous blades are a screw, which, as you know, helps to screw the pile, but does not increase the carrying capacity of the pile. Intermittent blades perceive the load each separately. The bearing capacity of each blade is determined not only by the physico-mechanical characteristics of the soil, but also by the quality of the welding that connects the blade with the pile shaft. Even with excellent quality of welding, the bearing capacity of the blade will be limited by the length of the weld, which is limited in this design. If the blade is screwed into the ground with high physicomechanical characteristics, the properties of the soil will not be realized. In addition, the pile under this patent is not composite, therefore it has limited application, i.e. in an open area for the construction of foundations for the newly constructed buildings.

Известна конструкция винтовой сваи (авт.св. СССР № 1009001, МКИ Е02Э 5/56, 1983 г.), отличающаяся тем, что свая состоит из ствола и винтового наконечника, состоящего из винтовой лопасти с заостренной частью. Наконечник и ствол сваи стыкуются в упор.Known design screw pile (ed.St. USSR № 1009001, MKI E02E 5/56, 1983), characterized in that the pile consists of a barrel and a screw tip, consisting of a helical blade with a pointed part. Tip and barrel piles are joined in the support.

Конструкция этой сваи имеет только один сборный элемент - наконечник, поэтому может быть использована для погружения только в один несущий слой грунта, что ограничивает ее несущую способность. Кроме того лопасть сваи приварена к наконечнику, а этот недостаток подробно рассмотрен при разборе предыдущего патента. Ствол сваи имеет круглое сечение.The design of this pile has only one collection element - the tip, so it can be used for immersion in only one bearing layer of soil, which limits its carrying capacity. In addition, the blade of the pile is welded to the tip, and this drawback is considered in detail when analyzing the previous patent. The pile shaft has a round section.

Близким техническим решением к заявленному является конструкция винтового анкера (авт.св. СССР № 1315541, МКИ Е02Э 5/56, 1987 г.), отличающаяся тем, что ступицы с винтовой лопастью связываются с полым стволом при помощи винтовой нарезки.A close technical solution to the claimed is the construction of a screw anchor (USSR ed. №1315541, MKI Е02E 5/56, 1987), characterized in that the hubs with a helical blade are connected with a hollow barrel using screw-cutting.

Недостатки этого решения состоят в том, что соединение лопасти к ступице производится с помощью сварки. Поэтому несущая способность сваи будет определяться не только несущей способностью грунтов, но и несущей способностью сварки. При толщине лопасти до 1,0 см нельзя сформировать мощный сварочный шов.The disadvantages of this solution are that the blade is connected to the hub by welding. Therefore, the bearing capacity of the pile will be determined not only by the bearing capacity of the soil, but also by the bearing capacity of welding. When the thickness of the blade to 1.0 cm can not form a powerful welding seam.

Кроме того соединение ступицы с лопастями производится с помощью резьбового соединения. Такое соединение не позволяет производить вывинчивание сваи, поскольку процесс вывинчивания происходит в обратную от завинчивания сторону. Это ограничивает область применения винтовой сваи, поIn addition, the connection of the hub with the blades is made using a threaded connection. Such a connection does not allow for the unscrewing of the pile, since the unscrewing process occurs in the opposite direction from screwing. This limits the scope of the screw pile,

- 1 008306 скольку при ликвидации этого недостатка она может быть многократно использована как анкер или опытная свая для статических испытаний.- 1 008306 How much with the elimination of this disadvantage, it can be repeatedly used as an anchor or an experienced pile for static tests.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является конструкция винтовой сваи, описанная в авт.св. СССР № 1321535, МКН Ε02Ό 5/56, «Способ установки в грунт винтовой сваи».The closest technical solution to the claimed is the design of the screw pile, described in auth.St. USSR № 1321535, MKN Ό02Ό 5/56, "The method of installation in the ground screw pile."

Эта конструкция позволяет наиболее полно использовать несущую способность грунтов.This design allows the most complete use of the bearing capacity of soils.

К недостаткам конструкции нужно отнести невозможность вывинчивания сваи из грунта, поскольку в ней не предусмотрены для этих случаев необходимые конструктивные элементы. Кроме того лопасти привариваются к ступице и, следовательно, конструктивная прочность сваи будет определяться качеством сварки и параметрами сварочного шва.The disadvantages of the design include the impossibility of unscrewing the pile from the ground, since the necessary structural elements are not provided for in these cases. In addition, the blades are welded to the hub and, therefore, the structural strength of the pile will be determined by the quality of welding and the parameters of the weld.

Целью изобретения является повышение конструктивной несущей способности металлической винтовой сваи.The aim of the invention is to increase the structural bearing capacity of a metal screw pile.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве ствола винтовой сваи (анкера) используется толстостенная труба. Лопасти соединяются со стволом сваи с помощью коротких круглых вставок, диаметр которых соответствует внутреннему диаметру трубы. Фиксация лопасти осуществляется путем ее защемления между нижним и верхним элементами ствола сваи, имеющих торцевые контуры, соответствующие винтовой линии лопасти.This goal is achieved by the fact that as the shaft of a screw pile (anchor) a thick-walled tube is used. The blades are connected to the pile shaft with short round inserts, the diameter of which corresponds to the internal diameter of the pipe. Fixation of the blade is carried out by pinching it between the lower and upper elements of the pile shaft, which have end contours corresponding to the helix of the blade.

Составные элементы ствола сваи соединяются между собой через круглые вставки с помощью болтов, что позволяет производить как завинчивание сваи в грунт, так и вывинчивание.The components of the pile shaft are interconnected through round inserts with the help of bolts, which allows for both screwing the pile into the ground and unscrewing.

Использование такой сборной конструкции винтовой сваи (анкера) позволяет усилить ее конструктивную прочность, а значит и увеличить несущую способность сваи.The use of such a composite construction of a screw pile (anchor) allows you to enhance its structural strength, and hence increase the bearing capacity of the pile.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Винтовая сборная металлическая свая (анкер) отличается тем, что с целью повышения несущей способности свай (анкера) в качестве ее ствола используется толстостенная труба, на которую с помощью специальных втулок помещаются лопасти, упорами для которых являются торцевые стенки элементов ствола сваи, имеющих повторение конфигураций винтовой линии лопасти с перепадом, а соединение между составными элементами сваи производится с помощью втулок и болтов.A screw prefabricated metal pile (anchor) is characterized in that in order to increase the bearing capacity of the piles (anchor), a thick-walled pipe is used as its trunk, on which blades are placed using special bushings, the stops for which are the end walls of the elements of the pile shaft that have a repetition of configurations the helical line of the blade with a differential, and the connection between the constituent elements of the pile is made using bushings and bolts.