Арматура элемента основания и элемент основания с такой арматурой
Полезная модель относится к арматуре элемента основания в грунте, содержащей металлические стержни, соединенные друг с другом для образования арматурного каркаса. В нижней области арматурного каркаса на нем с помощью держателей укреплен выполненный с возможностью расширения полый листовой корпус. В полом листовом корпусе имеются подводящая линия и отводящая линия для подвода текучей среды в полый листовой корпус или соответственно, отвода из него, причем эти линии укреплены на арматурном каркасе и проходят к его верхней области.
Область техники
Полезная модель относится к арматуре элемента основания в грунте, содержащей металлические стержни, соединенные друг с другом для образования арматурного каркаса.
Уровень техники
Такая арматура может использоваться в особенности в способе возведения элемента основания в грунте, при котором вначале в грунте разрабатывают выемку, в которую закладывают арматуру, а затем выемку заполняют затвердевающей массой заполнителя.
Такие элементы основания служат для передачи в грунт больших вертикальных усилий от строительных сооружений. Элементы основания могут возводиться в виде свай посредством разработки скважин или в виде изоляционных стен посредством разработки грунта фрезерными устройствами или грейферами для возведения изоляционных стен. Для образования элемента основания разработанную выемку заполняют затвердевающей массой заполнителя, - обычно бетонной или цементной массой, причем для повышения прочности вводят арматуру из металлических стержней.
Для повышения несущей способности известен способ предварительного напряжения элемента основания с помощью соответствующих устройств. Так например, из патентного документа DE 102006007144 А1 известна подъемная подушка для сваи, которая расположена в свае основания и объем которой может быть увеличен путем ввода текучей среды под давлением. За счет этого нижняя часть сваи может быть предварительно напряжена относительно верхней части. Посредством такого предварительного напряжения активизируется боковое окружное трение, в результате чего свая может воспринимать более высокие нагрузки. Кроме того, за счет таких устройств предварительного напряжения может предотвращаться осадка грунта под строительным сооружением, так что строительные сооружения на таких предварительно напряженных элементах основания могут возводиться с повышенной защитой от осадки. Другое устройство для предварительного напряжения раскрыто в патентном документе GB 589019.
Конструкции этих устройств предварительного напряжения связаны с большими затратами и требуют значительного времени для точного позиционирования и выверки.
Далее, известно также размещение в элементах основания так называемых ячеек измерения усилий, с помощью которых может непосредственно определяться несущая способность элемента основания, как это описано в патентных документах DE 3424776 А1, ЕР 1930506 В1 или GB 2159961 А.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является создание арматуры элемента основания, с помощью которой в грунте могут возводиться особенно эффективные элементы оснований с высокой несущей способностью.
Решение поставленной задачи достигается за счет признаков по пункту 1 формулы полезной модели. Предпочтительные примеры осуществления изложены в зависимых пунктах.
Арматура по изобретению отличается тем, что в нижней области арматурного каркаса на нем с помощью держателей укреплен выполненный с возможностью расширения полый листовой корпус, причем в полом листовом корпусе предусмотрены, по меньшей мере, одна подводящая линия и, по меньшей мере, одна отводящая линия для подвода текучей среды в полый листовой корпус или, соответственно, отвода из него, при этом подводящая линия и отводящая линия укреплены на арматурном каркасе и проходят к его верхней области.
Основная идея полезной модели состоит в том, чтобы выполнить в виде единого блока элементы арматурного каркаса и устройство предварительного напряжения. Элементы арматурного каркаса состоят по существу из продольных металлических элементов, обвивающей их спирали, распорных колец жесткости и кольцевой тяговой арматуры. За счет выполнения единого блока может быть существенно упрощена установка устройства предварительного напряжения, поскольку арматурный каркас из металлических элементов устойчив и удобен для проведения с ним операций. При этом линии снабжения устройства предварительного напряжения также расположены на арматурном каркасе. При установке арматурного каркаса устройство предварительного напряжения одновременно помещают в определенном положении под арматурным каркасом, так что достигается предварительное напряжение подошвы на дне выемки.
Другой аспект полезной модели заключается в том, что на арматурном каркасе укреплена не только подводящая линия, но также и отводящая линия. Линии могут быть выполнены в виде простых шлангов или труб, которые поддерживаются и арматурным каркасом и находятся под его защитой. Само устройство предварительного напряжения выполнено в виде полого листового корпуса, простого и недорогого в изготовлении.
Следующий аспект заключается в том, что в этой общей системе полый листовой корпус укреплен на арматурном каркасе не непосредственно. Если бы тонкостенный выполненный с возможностью расширения полый листовой корпус приваривали непосредственно к продольным металлическим стержням или к распорному кольцу арматурного каркаса, тонкий лист мог бы быть поврежден, пробит или ослаблен. В этом случае полый листовой корпус будет разрушен и лопнет даже при низком давлении. В процессе предварительного напряжения подошвы на полый листовой корпус действуют давления до 100 бар. Крепление полого листового корпуса на арматурном каркасе с помощью держателей намного надежнее.
При этом согласно полезной модели предпочтительно держатели соединяют полый листовой корпус с металлическими стержнями арматурного каркаса не жестко, а подвижно. Благодаря промежуточному креплению после затвердевания бетона полый листовой корпус может при раздуве расправляться в значительной степени свободно и не подвергается из-за жестких точек крепления дополнительному защемлению и воздействию препятствий, которые преждевременно или уже при низких давлениях и небольших приростах объема приводили бы к заклиниванию и разрушению полого листового корпуса.
Может быть предпочтительным пример осуществления, в котором держатели удерживают полый листовой корпус на расстоянии от металлических стержней арматурного каркаса и имеют меньшую жесткость, чем металлические стержни. За счет этого промежуточного крепления полого листового корпуса на арматурном каркасе на предварительно заданном расстоянии с помощью держателей надежно предотвращается возможность повреждения арматурным каркасом полого листового корпуса при его расширении. При этом предварительно заданное держателями расстояние между полым листовым корпусом и арматурным каркасом больше максимального увеличения размера полого листового корпуса.
Согласно полезной модели простое и в то же время надежное крепление достигается за счет того, что держатели содержат металлические полосы, которые укреплены, в особенности приварены, с одной стороны, на полом листовом корпусе, и с другой стороны, на металлических стержнях арматурного каркаса. При этом предпочтительно металлические полосы плоско приварены к верхней стороне полого листового корпуса, обращенной к арматурному каркасу. В этом случае тонкие гибкие металлические полосы могут быть простым образом изогнуты и деформированы для сварки с арматурным каркасом. При этом крепление может производиться не только к металлическим стержням, проходящим по существу в продольном направлении, но также к металлическим стержням арматурного каркаса, проходящим в поперечном или окружном направлении, в особенности к так называемой нижней крестовине или к распорному кольцу жесткости, расположенным в нижней части арматурного каркаса.
Далее, в предпочтительном примере осуществления полезной модели отверстие входа подводящей линии в полый листовой корпус отстоит от отверстия входа отводящей линии в полый листовой корпус, причем, по меньшей мере, отверстие входа отводящей линии расположено на верхней стороне полого листового корпуса. Отверстие входа подводящей линии может быть предпочтительно расположено на нижней стороне или в боковой области полого листового корпуса. Предпочтительно расстояние между двумя отверстиями входа имеет примерно ту же величину, что максимальная протяженность полого листового корпуса. При этом два отверстия входа могут быть расположены диаметрально противоположно. Предпочтительно между двумя отверстиями входа расположен направляющий элемент для предотвращения прямого прохода потока между ними.
За счет данного решения при смене двух различных текучих сред под давлением, имеющих различную плотность и вязкость, обеспечивается тот результат, что при первом расширении полого листового корпуса с помощью воды она в дальнейшем надежно вытесняется из полого листового корпуса посредством подачи второй затвердевающей текучей среды под давлением, такой как цементная суспензия. При этом решение по полезной модели обеспечивает то преимущество, что при смене текучих сред первая текучая среда под давлением не вытесняется в окружающую грунтовую область, а может надежно выводиться по отводящей линии из грунта на дневную поверхность. Это необходимо для того, чтобы контролировать обратный поток и удостовериться в успешной замене текучей среды.
В принципе арматурный каркас выполняется в соответствии с формой выемки, причем размеры арматурного каркаса всегда несколько меньше размеров полого пространства, в котором он должен быть установлен. Для более легкой установки на наружной стороне арматурного каркаса могут быть предусмотрены листовые пандусы или распорные держатели, которые с помощью клиновых поверхностей обеспечивают возможность хорошего скольжения на предварительно заданном расстоянии до стенки полого пространства. Согласно полезной модели арматурный каркас предпочтительно имеет продольную конструкцию по типу сваи и может иметь, например, округлое или прямоугольное поперечное сечение.
Далее, согласно полезной модели предусмотрено, что вдоль, по меньшей мере, частичной области арматурного каркаса расположены несколько линий впрыска, причем каждая из них снабжена, по меньшей мере, одним выпускным клапаном для выхода затвердевающей текучей среды для повышения бокового окружного трения. При этом линии впрыска и клапаны расположены, по меньшей мере, в частичной области вдоль длины арматурного каркаса и обеспечивают возможность целенаправленного дополнительного ввода цементной суспензии в боковую окружную область или на боковые окружные поверхности элемента основания. За счет этого может быть повышено так называемое боковое окружное трение между наружной стороной элемента основания и окружающим грунтом, вследствие чего может быть повышена общая несущая способность элемента основания. Это особенно выгодно при предварительном напряжении подошвы согласно полезной модели для предотвращения преждевременного подъема сваи основания из грунта вследствие предварительного напряжения подошвы.
При этом согласно полезной модели линии впрыска могут быть выполнены в виде отдельных линий или отдельных трубок впрыска, предпочтительным образом оснащенных каждая одним или двумя выпускными клапанами на нижнем конце.
Предпочтительное решение по развитию полезной модели заключается в том, что каждая линия впрыска снабжена несколькими выпускными клапанами. Таким образом, вдоль имеющих форму шлангов или трубок линий впрыска могут быть расположены несколько выпускных клапанов на расстоянии друг от друга. При этом в такую линию впрыска может быть введено устройство типа пакерного, которое за счет перемещения к определенному выпускному клапану может направлять цементный раствор именно к этому выпускному клапану. При этом пакерное устройство содержит два отстоящих друг от друга уплотняющих диска или надувных элемента, образующих между собой полость давления, в которую через питающую линию продается цементная суспензия.
В принципе выпускной клапан может быть выполнен любым подходящим образом. Согласно полезной модели особенно предпочтительно, что для образования выпускного клапана в линии впрыска предусмотрено, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, закрытое эластичной манжетой. Эта манжета втулочной формы может представлять собой отрезок резинового шланга, причем эта манжета открывается при подаче давления соответствующей величины и вскрывает окружающий бетон, так что цементная суспензия может поступать через выпускное отверстие в наружную или боковую окружную область элемента основания.
Особенно надежное в эксплуатации решение обеспечивается тем, что в области входного отверстия подводящей линии и/или отводящей линии на верхней стороне полого листового корпуса расположен закрывающий элемент. За счет этого при последующем заполнении выемки бетоном для образования элемента основания защищается чувствительный ввод линии в полый листовой корпус.
Полезная модель охватывает также элемент основания в грунте, возведенный с помощью арматуры в соответствии с данным выше описанием.
Полезная модель может использоваться в способе, при котором применяют арматуру в соответствии с данным выше описанием. За счет этого обеспечивается возможность возведения элемента основания с высокой несущей способностью, причем предварительное напряжение подошвы выполняется в один или несколько этапов.
Предпочтительно вначале в подошве выемки закладывают массу ложа, в которую перед затвердеванием массы ложа заглубляют полый листовой корпус на нижней части арматуры. Массу ложа изготавливают в особенности из затвердевающей цементной суспензии, причем полый листовой корпус погружают в еще мягком, не затвердевшем состоянии массы ложа. Таким путем изготавливают определенную поверхность подошвы для полого листового корпуса, посредством которого достигается особенно хорошее прессование и, следовательно, значительное предварительное напряжение.
Далее, предпочтительно после заполнения выемки и затвердевания массы заполнителя расширяют объем полого листового корпуса путем ввода первой текучей среды под давлением в один или несколько этапов для предварительного напряжения элемента основания. За счет этого предварительного напряжения подошвы активизируется боковое окружное трение элемента основания и одновременно предотвращается осадка дна. Таким путем улучшается несущая способность элемента основания за счет повышенной пиковой нагрузки давления на опорную поверхность элемента основания.
Особенно предпочтительный пример осуществления способа состоит в том, что после достижения желаемого предварительного напряжения первую текучую среду под давлением заменяют второй текучей средой под давлением, которая затвердевает. Так, предварительное напряжение может обеспечиваться вначале с помощью не затвердевающей текучей среды под давлением, в особенности воды. При этом для лучшей активизации сил трения может быть целесообразно проводить этот процесс поэтапно в течение продолжительного времени, например, в течение нескольких дней. Силы трения в боковой окружной области создают контр-опору для прилагаемой пиковой нагрузки давления, и в некоторых грунтах создание таких повышенных окружных сил трения может достигаться только путем поэтапного и медленного повышения нагрузки. После достижения конечного состояния предварительного напряжения эта не затвердевающая текучая среда под давлением может заменяться затвердевающей второй текучей средой под давлением, в особенности цементной суспензией. При этом в особенности используют массу, которая при затвердевании не изменяет своего объема или изменяет его незначительно. В данном случае в соответствии с полезной моделью вторую текучую среду под давлением вводят через подводящую линию в полый листовой корпус до тех пор, пока эта вторая затвердевающая текучая среда под давлением не начнет выходить из отводящей линии не верхней стороне элемента основания. Это означает, что полый листовой корпус надежно заполнен затвердевающей текучей средой под давлением, так что он остается постоянно деформированным под действием созданного предварительного напряжения.
Другой предпочтительный вариант осуществления способа заключается в том, что через линии впрыска на арматуру, в боковую окружную область элемента основания подают затвердевающую текучую среду для повышения окружного трения. Через соответствующие выпускные клапаны на линиях впрыска определенную текучую среду, в особенности цементную суспензию, вводят в область границы между элементом основания и окружающим грунтом. За счет этого повышается боковое окружное трение и, соответственно, несущая способность элемента основания. Предпочтительно это производят до выполнения предварительного напряжения посредством раздува полого листового корпуса в нижней части элемента основания. Однако в некоторых случаях ввод затвердевающей текучей среды в боковую окружную область может производиться также одновременно с предварительным напряжением подошвы.
Краткий перечень чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны предпочтительные примеры осуществления полезной модели. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает в разрезе возведенный в соответствии с полезной моделью элемент основания с арматурой по полезной модели,
фиг.2 изображает в увеличенном виде нижнюю область элемента основания по фиг.1,
фиг.3 изображает на виде сверху полый листовой корпус с держателями, и
фиг.4 схематично изображает ход потока внутри полого листового корпуса при замене текучей среды 1 под давлением текучей средой 2 под давлением.
Осуществление полезной модели
В представленном на фиг.1 и 2 примере осуществления полезной модели для сооружения элемента 5 основания вначале в грунте 3 выполняют проходку скважины 4 до желаемой глубины. Скважина 4 может представлять собой не закрепленную обсадными трубами скважину или скважину, полностью или частично закрепленную обсадными трубами. Скважина может быть заполнена или не заполнена стабилизирующей жидкостью, такой как бетонная суспензия или раствор полимера. Как видно на фиг.2, вначале на подошве 8 укладывают образующую слой массу ложа 7 из цементного вяжущего состава, строительного раствора или бетона. Еще до затвердевания ложа 7 в него вводят нижнюю часть арматуры 10 по полезной модели.
Арматура 10 содержит в качестве существенных составных частей арматурный каркас 14, образованный системой вертикально проходящих металлических стержней 12а, соединенных между собой проходящими в окружном направлении горизонтальными металлическими стержнями 12b. Эти стержни могут быть выполнены спиральными или в виде замкнутых колец или скоб или в виде распорных колец жесткости. Соединение металлических стержней 12а, 12b может осуществляться сваркой или с помощью соединительной проволоки. На нижнем конце арматурного каркаса 14 на нем с помощью держателей 20 непосредственно укреплен полый листовой корпус 30. Полый листовой корпус 30 укреплен на арматурном каркасе 14 не жестко для того, чтобы в дальнейшем во время предварительного напряжения подошвы на листовую оболочку полого листового корпуса 14 при увеличении его объема передавались по возможности низкие давления. За счет этого предотвращается его повреждение, и он может свободно изменять форму.
Полый листовой корпус 30 служит подъемной подушкой или устройством предварительного напряжения. В предпочтительном примере выполнения он содержит две отстоящие друг от друга листовые пластины 28а и 28b по существу дисковой формы, которые на своих наружных кромках соединены друг с другом с помощью разрезанной и изогнутой по кругу трубы 26 жестким образом для передачи тяговых и изгибающих усилий. Стыки между трубой 26 и листовыми плитами 28а и 28b герметично соединены соответствующими сварными швами. Торцевые стороны изогнутой по кругу трубы 26 примыкают друг к другу встык и также герметично сварены. Однако могут использоваться также подъемные подушки, сформированные и изготовленные другим образом, такие как полый листовой корпус с гофрами.
Для образования арматуры 10 в соответствии с полезной моделью подводящая линия 32 типа шланга проходит вдоль оси скважины 4 на внутренней стороне арматурного каркаса 14 от его верхней стороны до укрепленного внизу полого листового корпуса 30. Подводящая линия 32 сообщается через входное отверстие 36 с внутренним пространством полого листового корпуса 30. Аналогичным образом от расположенного примерно напротив входного отверстия 38 отходит отводящая линия 34, проходящая от полого листового корпуса 30 к верхней стороне арматурного каркаса 14.
К подводящей линии 32 может быть подсоединено не показанное устройство создания давления, посредством которого текучая среда под давлением может подаваться во внутреннее пространство полого листового корпуса 30. С помощью не показанного затвора на выходе отводящей линии 34 внутри полого листового корпуса 30 может создаваться настолько высокое давление, что полый листовой корпус 30 расширяется, и его объем повышается. Таким путем после заполнения скважины 4 цементной или бетонной массой и затвердевания элемента 5 основания подошва 8 может быть предварительно напряжена. Поверхность подошвы 8 прижимается вниз и в качестве реактивного усилия активизирует окружное трение в боковой окружной области 6. Предварительное напряжение подошвы 8 увеличивает возможное пиковое усилие давления на подошву 8 и за счет этого повышает несущую способность элемента 5 основания при снижении до минимума общей осадки.
Для дальнейшего повышения несущей способности боковой окружной области на арматуре 10 по полезной модели, по меньшей мере, на ее части вдоль наружной стороны арматурного каркаса 14 расположены несколько линий 40 впрыска, снабженных выпускными клапанами 42 на предварительно определенных местах. После заполнения скважины 4 и еще перед полным затвердеванием элемента 5 основания через линии 40 впрыска и выпускные клапаны 42 в боковую окружную область 6, которая представляет граничную поверхность между элементом 5 основания и окружающим грунтом 3, может быть впрыснута цементная суспензия. За счет впрыскивания цементной суспензии может быть повышено окружное трение и благодаря этому улучшена несущая способность элемента 5 основания. Вследствие этого в дальнейшем на подошву 8 может передаваться более высокое пиковое усилие давления, поскольку контр-опора в боковой окружной области 6 меньше сдвигается вверх.
Для образования выпускных клапанов 42 в линиях 40 впрыска в них выполнены выпускные отверстия 44, закрытые втулочными манжетами 46 из резины. При создании давления текучей среды внутри линий 40 впрыска манжеты 46 могут разрушать окружающий бетон или распирать его настолько, что цементная суспензия может желательным образом выходить через образованные трещины в бетон в боковой окружной области.
Согласно одному аспекту полезной модели полый листовой корпус 30 укреплен на арматурном каркасе 14 с помощью держателей 20, как это показано на фиг.3. Согласно примеру осуществления по фиг.3 держатели 20 выполнены в виде тонких листовых полос, приваренных на верхней стороне полого листового корпуса 30. За счет соответствующей деформации тонких держателей 20 они могут быть наложены на металлические стержни 12 арматурного каркаса 14 и приварены также и к ним простым технологическим образом. При этой сварке устраняется возможность повреждения или ослабления тонкого листа полого листового корпуса 30.
Согласно другому аспекту полезной модели входные отверстия 36, 38 для подводящей линии 32 или отводящей линии 34 расположены на полом листовом корпусе 30 дисковой формы в диаметрально противоположных местах, причем расстояние между двумя входными отверстиями 36, 38 ненамного меньше максимального диаметра полого листового корпуса 30. Таким образом, при вводе через входное отверстие 36 текучей среды под давлением обеспечивается то, что она вначале должна пройти через внутреннее пространство полого листового корпуса 30 до того, как дойдет до входного отверстия 38 отводящей линии 34, как это показано на фиг.4. При предварительном напряжении с помощью двух различных текучих сред под давлением может достигаться тот эффект, что при вводе второй текучей среды под давлением первоначально поданная первая текучая среда под давлением полностью вытесняется из внутреннего пространства полого листового корпуса 30. При необходимости на внутренней стороне полого листового корпуса 30 могут быть предусмотрены направляющие листы, чтобы предотвращать прямой проход потока между двумя входными отверстиями 36, 38.
1. Арматура элемента основания в грунте, содержащая металлические стержни (12), соединенные друг с другом для образования арматурного каркаса (14), отличающаяся тем, что в нижней области арматурного каркаса (14) на нем с помощью держателей (20) укреплен выполненный с возможностью расширения полый листовой корпус (30), причем в полом листовом корпусе (30) предусмотрены, по меньшей мере, одна подводящая линия (32) и, по меньшей мере, одна отводящая линия (34) для подвода текучей среды в полый листовой корпус (30) или, соответственно, отвода из него, при этом подводящая линия (32) и отводящая линия (34) укреплены на арматурном каркасе (14) и проходят к его верхней области, при этом вдоль, по меньшей мере, частичной области арматурного каркаса (14) расположены несколько линий (40) впрыска, причем каждая из них снабжена, по меньшей мере, одним выпускным клапаном (42) для выхода затвердевающей текучей среды для повышения окружного трения.
2. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что держатели (20) удерживают полый листовой корпус (30) подвижно и не жестко относительно металлических стержней (12) арматурного каркаса (14) и имеют меньшую жесткость, чем металлические стержни (12).
3. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что держатели (20) удерживают полый листовой корпус (30) на расстоянии от металлических стержней (12) арматурного каркаса (14) и имеют меньшую жесткость, чем металлические стержни (12).
4. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что держатели (20) содержат металлические полосы, которые укреплены, в особенности приварены, с одной стороны на полом листовом корпусе (30) и с другой стороны на металлических стержнях (12) арматурного каркаса (14).
5. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что отверстие (36) входа подводящей линии (32) в полый листовой корпус (30) отстоит от отверстия (38) входа отводящей линии (34) в полый листовой корпус (30), причем, по меньшей мере, отверстие (38) входа отводящей линии (34) расположено на верхней стороне полого листового корпуса (30).
6. Арматура по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что арматурный каркас (14) имеет продольную конструкцию по типу сваи.
7. Арматура по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что каждая линия (40) впрыска снабжена несколькими выпускными клапанами (42).
8. Арматура по п.7, отличающаяся тем, что для образования выпускного клапана (42) в линии (40) впрыска предусмотрено, по меньшей мере, одно выпускное отверстие (44), закрытое эластичной манжетой (46).
9. Арматура по любому из пп.1-5, 8, отличающаяся тем, что в области отверстия (36, 38) входа подводящей линии (32) и/или отводящей линии (34) на верхней стороне полого листового корпуса (30) расположен закрывающий элемент.
10. Элемент основания в грунте, содержащий арматуру, заявленную в любом из пп.1-9.
