RU205047U1

RU205047U1 - Композитная противопучинная свая

Info

Publication number: RU205047U1
Application number: RU2021102124U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Бояринцев
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Полезная модель относится к строительству объектов нефтегазовых и иных трубопроводов, опор контактной сети, опор линий электропередач и иных объектов инфраструктуры, а также зданий и сооружений на территориях, характеризующихся явлением морозного пучения грунтов. Сущность: противопучинная свая выполнена из трубы, которая включает первый участок, предназначенный для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, и второй участок, предназначенный для размещения на глубину промерзания грунта, причем первый участок трубы содержит неровности. Труба выполнена из полимерного композитного материала, а неровности первого участка трубы представлены в виде отклонений ее радиальных размеров. Труба может иметь круглое или эллиптическое поперечное сечение и состоять, по меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой посредством клея и муфты меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых труб. Полость трубы может быть заполнена тяжелым бетоном, легким бетоном или ячеистым бетоном, цементно-песчаным раствором или цементно-песчаной смесью, а материал заполнения трубы может быть армирован стержневой арматурой. Технический результат - улучшение анкерующих свойств сваи при одновременном повышении ее коррозионной стойкости, что позволяет увеличить срок службы сооружений, воздвигнутых на фундаментах с применением указанной сваи. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к строительству объектов нефтегазовых и иных трубопроводов, опор контактной сети, опор линий электропередач и иных объектов инфраструктуры, а также зданий и сооружений на территориях, характеризующихся явлением морозного пучения грунтов.

Фундаменты легких сооружений, таких как трубопроводы, опоры контактной сети, опоры линий электропередач и другое, в зимний период испытывают деформации вследствие воздействия пучащегося грунта вокруг фундамента. Данные деформации в зависимости от интенсивности пучения могут достигать больших значений и приводить к выходу сооружения из работоспособного состояния. Для борьбы с воздействием пучащегося грунта разработано множество эффективных способов, среди которых наибольшее распространение получили уменьшение сил смерзания материала фундамента и мерзлого грунта в зоне воздействия сил пучения и выполнение анкерующих устройств в зоне, не подверженной промерзанию. Оба указанных способа принимаются за основу при создании свай, обладающих противопучинными свойствами, так называемых противопучинных свай.

Известна свая, содержащая полую трубу, выполненную из полимерного композитного материала (см. Михалдыкин Е.С. Опыт применения полимерных свай - http://fc-union.com/wp-content/uploads/2018/06/3-Opyt-primeneniy-plolimernyh-svaj-pri-vozvedenii-fundamentov-Mihaldykin-E.S.pdf; Бояринцев А.В. Полимерные и композитные сваи. Мировой и отечественный опыт // ОФМГ. №5 - 2020. - С.22-27).

Недостатком данной конструкции сваи являются ее слабые анкерующие свойства, что не позволяет эффективно сопротивляться выдергивающему воздействию сил морозного пучения грунта. В виду этого необходима дополнительная анкеровка сваи в слои грунта, расположенные ниже деятельного слоя, что приведет к перерасходу материала и повышению стоимости конечной продукции.

Известна противопучинная свая, выполненная из стальной трубы, наружная поверхность срединной части ствола которой покрыта полимерным термоусадочным материалом, жестко закрепленным на свае. В качестве полимерного термоусадочного материала применяют композитный модифицированный полимер на основе полеолефинов с добавками на основе полиэтилена, обладающего свойством термоусадочности. Данное покрытие изначально обладает диаметром большим диаметра сваи на 10-15% и под воздействием температуры значением около 120°С усаживается, облегая тело сваи (см. патент РФ №89541, E02D 5/60, E02D 27/35). Таким образом, можно говорить о том, что термоусадочный материал позволяет сформировать два участка длины сваи: первый (анкерный), предназначенный для восприятия выдергивающего воздействия сил морозного пучения, и второй (противопучинный), предназначенный для уменьшения интенсивности воздействия сил пучения за счет уменьшения сил смерзания промерзающего грунта и поверхности сваи.

Недостатком известной конструкции является ее низкая коррозионная стойкость, обусловленная термодинамической неустойчивостью стали к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности. Коррозия может развиваться на непокрытых оболочкой участках сваи, а также под оболочкой при попадании влаги в микрозазоры с поверхностью сваи, которые образуются в местах наличия сварных швов, неровностей или механических отложений, изменяющих форму поперечного сечения. Также, нанесение дополнительного полимерного покрытия повышает трудоемкость изготовления свай, а сам рукав может быть сорван с тела сваи в процессе эксплуатации или монтаже из-за нарушений адгезии полимера рукава и материала сваи.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является стальная противопучинная свая, содержащая полую трубу, которая включает первый участок, предназначенный для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, и второй участок, предназначенный для размещения на глубину промерзания грунта. Причем первый более широкий участок ствола снабжен продольными лопастями, а второй участок ствола выполнен в виде многогранной усеченной пирамиды сужающейся к верху и соединен крепежами с первым участком ствола (см. патент РФ №181501, E02D 5/48, E02D 5/52, E02D 5/54).

Недостатком данной конструкции сваи является низкая коррозионная стойкость ее материала, обусловленная термодинамической неустойчивостью стали к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности. Кроме того, процесс изготовления данной конструкции сваи весьма трудоемок, а масса готовой сваи обладает высоким значением, что приводит к увеличению сроков ее изготовления, а также повышению стоимости конечной продукции.

Техническая проблема известных решений заключается с одной стороны в слабых анкерующих свойствах противопучинной полимерной сваи, а с другой - в низкой коррозионной стойкости стальных свай, что приводит во всех случаях к сокращению срока службы сооружений, воздвигнутых на фундаментах с применением данных свай.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что противопучинная свая выполнена из трубы, которая включает первый участок, предназначенный для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, и второй участок, предназначенный для размещения на глубину промерзания грунта, причем первый участок трубы содержит неровности. Труба выполнена из полимерного композитного материала, а неровности первого участка трубы представлены в виде отклонений ее радиальных размеров. Труба может иметь круглое или эллиптическое поперечное сечение и состоять, по меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой посредством клея и муфты меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых труб. Кроме того, полость трубы может быть заполнена тяжелым бетоном, легким бетоном или ячеистым бетоном, цементно-песчаным раствором или цементно-песчаной смесью, а материал заполнения трубы может быть армирован стержневой арматурой.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемой полезной моделью, заключается в улучшении анкерующих свойств сваи при одновременном повышении ее коррозионной стойкости за счет более эффективного зацепления частичек грунта с выступами неровностей поверхности сваи, тем самым повышая сопротивление сваи выдергиванию, и за счет термодинамически устойчивого полимерного композитного материала сваи к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте и у его поверхности соответственно. Это позволяет увеличить срок службы сооружений, воздвигнутых на фундаментах с применением заявляемой сваи. Кроме того, снижена трудоемкость ее изготовления в виду того, что композитный материал изначально обладает противопучинными свойствами, и нет необходимости наносить на его поверхность второго, противопучинного, участка дополнительные средства защиты. А значение массы готовой конструкции ниже массы стали за счет малого веса компонентов композита, при сохранении значения прочностных характеристик подобных характеристикам стали.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 схематично изображена свая в грунте, общий вид с вариантами форм поперечного разреза;

на фиг. 2. - составная свая в грунте с заполненной полостью, общий вид с вариантами форм поперечного разреза и поперечным разрезом места соединения труб.

Противопучинная свая представляет собой полую трубу 1 с круглым или эллиптическим поперечным сечением, выполненную из полимерного композита. Труба 1 включает первый, или анкерный, участок 2 соприкосновения сваи со слоями грунта 3, не подверженными сезонному промерзанию, и второй, или противопучинный, участок 4 соприкосновения сваи с сезонномерзлыми грунтам 5. Первый участок 2 трубы 1 содержит неровности 6, представленные в виде отклонений ее радиальных размеров. Длина анкерного участка 2 принимается так, чтобы обеспечить достаточную анкеровку конструкции в грунте 3, для восприятия выдергивающих сил морозного пучения. Длина противопучинного участка 4 зависит от глубины 7 промерзания грунта 5 на площадке строительства (фиг. 1). Полая труба 1 может быть выполнена составной, длина которой набрана инвентарными композитными трубами определенной длины. Причем труба 1 может состоять, по меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой посредством клея 8 и муфты 9 меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых труб. Полость трубы 1 может быть выполнена с заполнителем 10 для повышения жесткости, например, тяжелым бетоном, легким бетоном или ячеистым бетоном, цементно-песчаным раствором или цементно-песчаной смесью, а материал заполнения 10 трубы может быть армирован стержневой арматурой (фиг. 2). Повышение грубости наружной поверхности сваи на первом ее участке и сохранение поверхности композита гладкой на втором участке формируют разделение сваи на анкерный и противопучинный участки, что придает ей анкерные и противопучинные свойства.

Взаимодействие заявляемой полезной модели с грунтом осуществляется следующим образом.

Сваю, содержащую полую трубу 1 круглого или эллиптического сечения из полимерного композитного материала, погружают в грунт, подверженный сезонному промерзанию. Свая 1 может быть выполнена составной и содержать, по меньшей мере, две части, соединенные между собой посредством клея 8 и муфты 9 меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых труб. Полость трубы 1 может быть выполнена с заполнителем 10 для повышения жесткости, например, тяжелым бетоном, легким бетоном или ячеистым бетоном, цементно-песчаным раствором или цементно-песчаной смесью, а материал заполнения 10 трубы 1 может быть армирован стержневой арматурой. Первый, анкерный, участок 2 трубы 1, содержащий неровности 6, представленные в виде отклонений ее радиальных размеров, размещают в слои грунта 3, неподверженные сезонному промерзанию. Противопучинный участок 4 трубы 1 размещают на глубину 7 промерзания грунта 5. При увеличении грунта 5 в объеме вследствие его промерзания на поверхности соприкосновения пучащегося грунта 5 и второго участка 4 сваи 1 возникают касательные силы морозного пучения. При этом из-за низкой шероховатости поверхности второго участка 4 трубы 1, обусловленной технологией изготовления композитных полимерных труб, интенсивность данного воздействия снижается. Оставшееся выдергивающее действие касательных сил морозного пучения воспринимается первым, анкерным, участком 2 сваи 1, выполненным с неровностями в виде отклонений ее радиальных размеров, по всей длине которого на границе сваи 1 и грунта 3 возникают силы трения, направленные в сторону, противоположную стороне действия касательных сил морозного пучения на втором, противопучинном, участке 4. При этом неровности 6 поверхности анкерного участка 2 сваи 1 обеспечивают более эффективное зацепление частичек грунта с выступами неровностей 6, тем самым повышая сопротивление сваи 1 выдергиванию. Кроме того, полимерный композитный материал обладает термодинамической устойчивостью к воздействию воды, воздуха и соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности, что позволяет повысить стойкой сваи к коррозионным процессам.

Таким образом, заявляемая противопучинная свая обеспечивает эффективное сопротивление выдергивающему воздействию касательных сил морозного пучения за счет улучшения ее анкерующих свойств при одновременном повышении стойкости сваи к коррозионным процессам за счет термодинамической устойчивости к воздействию воды, воздуха и соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности. Заявляемая противопучинная свая является легкой за счет специфических свойств полимерных композитных материалов, а также технологичной в виду отсутствия необходимости создания и нанесения дополнительных средств, обеспечивающих снижение интенсивности воздействия касательных сил морозного пучения на сваю.

Claims

1. Противопучинная свая, выполненная из трубы, которая включает первый участок, предназначенный для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, и второй участок, предназначенный для размещения на глубину промерзания грунта, причем первый участок трубы содержит неровности, отличающаяся тем, что труба выполнена из полимерного композитного материала, а неровности первого участка трубы представлены в виде отклонений радиальных размеров.

2. Противопучинная свая по п. 1, отличающаяся тем, что труба имеет круглое поперечное сечение.

3. Противопучинная свая по п. 1, отличающаяся тем, что труба имеет эллиптическое поперечное сечение.

4. Противопучинная свая по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что труба состоит, по меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой посредством клея и муфты меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых частей.

5. Противопучинная свая по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что труба заполнена тяжелым бетоном.

6. Противопучинная свая по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что труба заполнена легким бетоном.

7. Противопучинная свая по любому из пп. 1- 4, отличающаяся тем, что труба заполнена ячеистым бетоном.

8. Противопучинная свая по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что труба заполнена цементно-песчаным раствором.

9. Противопучинная свая по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что труба заполнена цементно-песчаной смесью.

10. Противопучинная свая по любому из пп.5-9, отличающаяся тем, что материал заполнения трубы армирован стержневой арматурой.