Производство и установка наконечника винтовой сваи для строительства и монтажа фундамента дома

Полезная модель относится к строительству, являясь составной частью винтовых свай, применяемых при возведении фундаментов зданий и сооружений различного назначения.

Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является упрощение технологии изготовления винтовых свай, то есть возможность организации сборки на малых предприятиях, с низким уровнем технического оснащения, вплоть до индивидуального производства, ориентированного на разовую (частную) потребность, а также увеличение безаварийного срока эксплуатации свайно-винтового фундамента за счет изготовления винтового наконечника из устойчивого к коррозии материала и отсутствия сварных швов (локальных концентраторов напряжений) в области наиболее нагружаемого узла конструкции свайно-винтового фундамента.

Поставленная задача решается за счет того, что наконечник винтовой сваи выполняется комбинированным, состоящим из двух жестко сочлененных механическим образом частей, причем нижняя часть выполняется цельнолитой из высокопрочного чугуна, а верхняя часть изготовляется из отрезка стальной трубы кольцевого сечения, причем нижняя часть представляет собой замкнутый на вершине полый конус, на внешней поверхности которого расположена винтовая лопасть, а верхняя часть имеет на своем торцевой зоне вальцованные внутрь участки, при помощи которых образуется сочленение (замок) с отливаемой нижней частью.

Стыковка винтового наконечника со стволом сваи (представляет собой стальную трубу кольцевого сечения) выполняется посредством приварки к свободной торцевой части стального закладного элемента, выполняющего функцию переходника между разнородными (плохо свариваемыми) металлами чугунной отливки нижней части винтового наконечника и стальным стволом.

Полезная модель относится к строительству, являясь составной частью винтовых свай, применяемых при возведении фундаментов зданий и сооружений различного назначения (например, немассивных малоэтажных домов, бань, террас, беседок, пирсов, причалов, рекламных щитов, дорожных указателей, ангаров), а также в качестве шпунтовых ограждений, анкерных оттяжек, опор линий электропередач, контактной сети, вышек связи, надземных трубопроводов, мостов и прочих инженерных конструкций.

Из предшествующего уровня техники известна винтовая свая [см. полезную модель РФ 93412, МПК E02D 5/56 (2006.01); заявка 2009141933, приоритет от 16.11.2009, опубл. 27.04.2010]. Свая включает в себя цилиндрическую трубу, выполненную в металлическом корпусе с антикоррозионным покрытием и заполненную высокопрочным цементным составом с арматурой, с конической нижней частью, металлическую навивку в виде лопасти и опорный элемент в верхней части трубы, отличающейся тем, что металлическая навивка выполнена в виде одного витка лопасти, расположенного на конической части трубы, шириной не менее 0,5 наружного диаметра трубы и шагом лопасти Н, который рассчитывается в зависимости от наружного диаметра корпуса трубы (D_н) по формуле Н=1,33D_н.

Первым недостатком данной модели винтовой сваи является сложность организации ее качественного серийного изготовления, связанная с необходимостью наличия дорогостоящего специализированного промышленного оборудования. Вторым недостатком данной конструкции является наличие вероятности повреждения защитного покрытия винтовых лопастей при погружении (завинчивании) о твердые фракционные включения грунта (например, мелкие каменистые частицы), а также отсутствие возможности контроля состояния этого покрытия в процессе эксплуатации и при необходимости его обновления.

Задача, на решение которой направлена заявленное техническое решение, заключается в упрощении технологии производства винтовых свай, а также в повышении коррозионной устойчивости и как следствие прогнозируемого (гарантируемого) срока службы конструкции свайно-винтового фундамента.

Данная задача достигается за счет того, что наконечник винтовой сваи выполняется комбинированным, состоящим из двух жестко сочлененных механическим образом частей, причем нижняя часть выполняется цельнолитой из высокопрочного чугуна, а верхняя часть изготовляется из отрезка стальной трубы кольцевого сечения, причем нижняя часть представляет собой замкнутый на вершине полый конус, на внешней поверхности которого расположена винтовая лопасть, а верхняя часть имеет в торцевой зоне вальцованные внутрь участки, при помощи которых образуется сочленение (замок) с отливаемой нижней частью. Нижняя часть наконечника винтовой сваи может быть изготовлена методом литья по одноразовым газифицируемым (выжигаемым) моделям из полистиролового пенопласта. Пенопластовая литейная модель нижней части наконечника винтовой сваи может содержать стальной закладной элемент верхней части, формируя при остывании расплава литейного чугуна единую механически сочлененную композитную конструкцию.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение технологии изготовления винтовых свай, то есть возможность организации сборки на малых предприятиях, с низким уровнем технического оснащения, вплоть до индивидуального производства, ориентированного на разовую (частную) потребность, а также увеличение безаварийного срока эксплуатации свайно-винтового фундамента за счет изготовления винтового наконечника из устойчивого к коррозии материала (высокопрочного чугуна) и отсутствия сварных швов (локальных концентраторов напряжений) в области наиболее нагружаемого узла конструкции свайно-винтового фундамента.

Заявленная полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - предлагаемый наконечник винтовой сваи (общий вид);

на фиг.2 - сечение А-А фиг.1;

на фиг.3 - верхняя закладная часть наконечника винтовой сваи, изготовляемая из отрезка стальной трубы (общий вид);

на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.3;

на фиг.5 - вид снизу, по стрелке В фиг.3;

на фиг.6 - изометрическое изображение верхней закладной части наконечника винтовой сваи (общий вид).

Наконечник винтовой сваи состоит из:

- Нижней части 1, выполняемой цельнолитой из высокопрочного чугуна, представляющей собой замкнутый на вершине полый конус (в данном конкретном примере с высотой наружной части равной 190 мм., внутренней - 210 мм., с диаметром основания наружной части равной 108 мм., внутренней - 74 мм., с толщиной стенки основной части равной 12 мм., в области основания - 17 мм), на внешней поверхности которого расположена винтовая лопасть (в данном конкретном примере диаметром 300 мм., с шагом витков 110 мм., количеством оборотов равным 1,125 витков, с толщиной в месте контакта консоли с конусом равной 13 мм., у наружной кромки - 6 мм); расстояние от вершины конуса до начала лопасти, в данном конкретном примере составляет 50 мм.;

- Верхней части 2, представляющая собой закладной отрезок стальной трубы (в данном конкретном примере высотой равной 50 мм., наружным диаметром 108 мм., с толщиной стенки 5 мм);

- Вальцованных внутрь торцевых участков закладного отрезка стальной трубы 3, в данном конкретном примере изготовляемых посредством двенадцати симметричных пропилов в торце на глубину 15 мм., с последующей вальцовкой внутрь четырех симметричных (накрест лежащих) спаренных лепестков на угол 45°, с радиусом сгиба в 7,5 мм., при помощи которых образуется механическое сочленение с нижней (отливаемой из высокопрочного чугуна) частью наконечника винтовой сваи 1, формируя единую композитную конструкцию.

При производстве одноразовой газифицируемой (выжигаемой) литейной модели нижней части наконечника винтовой сваи 1, в модельную пресс-форму (штамповочную оснастку) на определенную глубину (в данном конкретном примере равную 20 мм) предварительно вводится закладной элемент 2, представляющий собой отрезок стальной трубы, имеющий на своем торце вальцованные внутрь участки 3, при помощи которых он фиксируется в хвостовой части формуемой литейной пенопластовой модели.

Во время отливки нижней части наконечника винтовой сваи 1, при подаче расплава высокопрочного чугуна происходит замещение (выжигание) пенопласта и повторение металлом формы литейной модели, с одновременным формированием жесткого механического сочленения (замка) между остывшей отливкой 1 и стальным закладным элементом 2, посредством фиксации с вальцованными участками 3 и выступами на его торцевой части, образуя единую конструкцию заявляемого устройства.

Стыковка винтового наконечника со стволом сваи, представляющим собой стальную трубу кольцевого сечения со сквозными монтажными отверстиями в верхней части, необходимыми для передачи крутящего момента при завинчивании в грунт, выполняется посредством приварки к свободной торцевой части стального закладного элемента, выполняющего функцию переходника между разнородными (плохо свариваемыми) металлами чугунной отливки нижней части винтового наконечника и стальным стволом. После погружения (завинчивания) сваи на проектную отметку, ее ствол подрезается по установленному проектом уровню. При необходимости в полость сваи погружается арматура (стержневой каркас или стальная труба меньшего в сравнении со стволом диаметра), после чего производится заполнение полости мелкозернистым бетоном или цементно-песчаным раствором. Таким образом, исключается требование в тщательном контроле качества и технологии нанесения наружного защитного покрытия корпуса сваи, что особенно актуально для изделий используемых в малоэтажном домостроении, как правило, имеющих толщину стволовой части (стальной трубы) не более 4-5 мм. В подобном случае, даже при сквозном коррозионном поражении стального корпуса сваи, внутренний армобетонный стержень, изготовленный при монтаже во внутренней полости, может компенсировать утрачиваемую стальным стволом функцию по передаче статической осевой нагрузки от вышерасположенного сооружения на свайную лопасть, перераспределяющую напряжение по поверхности контакта с опорным слоем грунтового основания.

Автором данной полезной модели были рассчитаны и созданы ее опытные образцы, которые были успешно испытаны крутящим моментом в 7 кН*м, что превышает максимально возможную нагрузку при погружении винтовых свай, применяемых в малоэтажном домостроении. Пробные литейные модели производились посредством склейки деталей, вырезанных из кусков полистиролового пенопласта. Положительные результаты заявляемого технического решения подтвердили работоспособность данного устройства и возможность его широкого практического применения (организации серийного производства) в будущем.

1. Наконечник винтовой сваи, характеризующийся тем, что он выполняется комбинированным, состоящим из двух жестко сочлененных механическим образом частей, причем нижняя часть выполняется цельнолитой из высокопрочного чугуна, а верхняя часть изготовляется из отрезка стальной трубы кольцевого сечения, причем нижняя часть представляет собой замкнутый на вершине полый конус, на внешней поверхности которого расположена винтовая лопасть, а верхняя часть имеет в торцевой зоне вальцованные внутрь участки, при помощи которых образуется сочленение (замок) с отливаемой нижней частью.

2. Наконечник винтовой сваи по п.1, отличающийся тем, что его нижняя часть изготовлена методом литья по одноразовым газифицируемым (выжигаемым) моделям из полистиролового пенопласта.

3. Наконечник винтовой сваи по п.1, отличающийся тем, что пенопластовая литейная модель его нижней части содержит стальной закладной элемент верхней части, формируя при остывании расплава литейного чугуна единую механически сочлененную композитную конструкцию.