Стыковое соединение стаканного типа составной модульной сваи и наголовник для такой сваи

Полезная модель относится к области строительства, а именно к стыковым соединениям стаканного типа составных свай, состоящих из сборных железобетонных самоцентрирующихся модульных секций, погружаемых в грунт ударно-динамическим методом, и наголовникам, используемых для предохранения верхних стыковочных элементов при погружении секций. На верхнем конце модульной железобетонной секции (1) установлен стыковочный элемент в виде цилиндрического стального стакана (2), днище которого выполнено в виде вогнутой полусферической армированной бетонной поверхности. На наружную поверхность стального стакана (2) нанесен гидроизоляционный слой (3) из двухкомпонентной полимерно-битумной мастики. Верхний стыковочный элемент секции (1) снабжен инвентарным съемным наголовником (4), предохраняющим его от повреждения при погружении модульной секции (1) в грунт. Наголовник (4) выполнен составным, и его верхняя часть (5) выполнена жесткой из стального литья, а нижняя часть (7) выполнена упругой в виде амортизирующего вкладыша, выполненного из полимерного композиционного материала. Соприкасающаяся с днищем стального стакана (2) нижняя выпуклая полусферическая поверхность амортизирующего вкладыша повторяет ее вогнутую полусферическую поверхность. На нижнем конце вышерасположенной железобетонной модульной секции (8) выполнен стыковочный элемент в виде армированного бетонного выступа (9) с выпуклой полусферической торцевой поверхностью. В стыковом соединении между выступом (9) вышерасположенной секции (8) и днищем стакана (2) нижерасположенной секции (1) расположен слой конструкционной растворной смеси (10) из цементно-песчаной композиции. Заявленная полезная модель позволяет повысить ударостойкость стыковочных элементов железобетонных самоцентрирующихся модульных секций составных свай при погружении в грунт ударно-динамическим методом и устранить опасность их повреждения и разрушения, обеспечить их долговечную и надежную работу под нагрузкой. 1 н.з. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к области строительства, а именно к стыковым соединениям стаканного типа составных свай, состоящих из сборных железобетонных модульных секций, погружаемых в грунт ударно-динамическим методом, и наголовникам, используемых для предохранения верхних стыковочных элементов при погружении модульных секций.

Известна металлическая натяжная муфта стаканного типа для стыкового соединения двух сборных железобетонных свай, погружаемых в грунт ударно-динамическим методом [патент US 4537534, опубл. 27.08.1985]. По высоте соединительная муфта разделена горизонтальной разделительной пластиной на нижнюю коробчатую часть, устанавливаемую на верхний торцевой конец погруженной в грунт сваи, и верхнюю коробчатую часть, в которую устанавливается нижний торцевой конец сваи, подготовленной к погружению в грунт. Плоскости двух противоположно расположенных стенок натяжной муфты не приварены к горизонтальной разделительной пластине и вдавлены во внутреннее пространство муфты, при этом верхние и нижние кромки стенок отогнуты по периметру муфты наружу в виде расширяющихся раструбов, в которые устанавливаются квадратные торцевые концы железобетонных свай (см. FIG. 2 и FIG. 5). Под воздействием ударно-динамической нагрузки сваебойной установки нижний торцевой конец подготовленной к погружению сваи запрессовывают в верхнюю коробчатую часть соединительной муфты, при этом нижнюю коробчатую часть муфты одновременно натягивают на верхний торцевой конец погруженной в грунт сваи, в результате чего противоположно расположенные стенки, вдавленные во внутреннее пространство соединительной муфты и не приваренные к горизонтальной разделительной пластине, раздвигаются, плотно прилегая к бетонным поверхностям торцевых концов свай, обеспечивая их соединение. Состыкованные таким образом сваи при помощи сваебойной установки погружают в грунт до заданной глубины. Недостатками известной натяжной муфты являются ее ненадежность из-за отсутствия в стыковом соединении центрирующих элементов, что не позволяет точно совместить и зафиксировать торцевые концы стыкуемых свай и может привести к их смещению относительно друг друга в процессе погружения в грунт; опасность образования сколов и растрескиваний на торцевых концах свай при приложении к ним ударно-динамической нагрузки из-за отсутствия амортизирующих прокладок, что может привести к усложнению и удорожанию свайных работ из-за необходимости восстановления разрушенных концов свай или их полной замены; недолговечность стальной стыковочной муфты из-за отсутствия на ней гидроизолирующего слоя, что способствует ее быстрой коррозии и разрушению во влажной грунтовой среде.

Также, известно стыковое соединение стаканного типа составной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей по меньшей мере из одной сборной железобетонной модульной секции [патент EP 0633360, опубл. 11.01.1995]. Стыковое соединение содержит стальную соединительную обойму, состоящую из двух полукруглых щитов, по высоте которых выполнены параллельные волнообразные профили, а на продольных отогнутых кромках щитов, во впадинах волнообразных профилей, выполнены отверстия под стягивающие болты. Вокруг обоих концов железобетонной секции приварены к закладным деталям стальные наконечники, по высоте которых также выполнены параллельные волнообразные профили, совпадающие с волнообразными профилями полукруглых щитов обоймы. В центре обоих торцов модульной секции, на ее оси, расположены конусообразные гнезда для установки центрирующего штифта, предназначенного для стыкования подготовленной к погружению секции с секцией, ранее погруженной в грунт. Под воздействием ударно-динамической нагрузки сваебойной установки центрирующий стыковочный штифт запрессовывают в торцевые гнезда стыкуемых секций, в результате чего их концы сближаются, а на волнообразные профили стальных наконечников одевают полукруглые щиты соединительной обоймы, сближают их, совмещают отверстия под болты и стягивают ее с двух сторон в виде гофрированного стакана, плотно обжимающего концы состыкованных секций. Соединенные таким образом свайные секции при помощи сваебойной установки погружают в грунт до заданной глубины. Недостатками известного стыкового соединения являются сложный и трудоемкий процесс установки и закрепления соединительной обоймы на состыкованных концах железобетонных модульных секций в условиях строительной площадки; опасность образования сколов и растрескиваний на торцевых концах секций при приложении к ним ударно-динамической нагрузки из-за отсутствия амортизирующих прокладок, что может привести к усложнению и удорожанию свайных работ из-за необходимости восстановления концов секций или их полной замены; недолговечность стальной соединительной обоймы из-за отсутствия на ней гидроизолирующего слоя, что способствует ее быстрой коррозии и разрушению во влажной грунтовой среде.

Наиболее близкой по технической сущности является стыковое соединение стаканного типа составной модульной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей по меньшей мере из одной самоцентрирующейся сборной железобетонной модульной секции [патент RU 107533, опубл. 20.08.2011]. На верхнем конце модульной секции выполнен стыковочный элемент в виде цилиндрического стального стакана с вогнутой полусферической поверхностью бетонного днища, а на нижнем конце секции выполнен стыковочный элемент в виде бетонного выступа с выпуклой полусферической торцевой поверхностью для установки в стальной стакан верхнего стыковочного элемента нижерасположенной свайной секции. Радиус полусферической поверхности днища стального стакана верхнего стыковочного элемента секции выполнен больше радиуса полусферической торцевой поверхности выступа нижнего стыковочного элемента на 2-5%. Для предохранения от разрушения стального стакана верхнего стыковочного элемента модульной секции при ее погружении в грунт ударно-динамическим методом, секция снабжена инвентарным съемным наголовником. Низ наголовника выполнен по типу торцевой поверхности выступа нижнего стыковочного элемента модульной секции и имеет такую же выпуклую полусферическую поверхность, совпадающую с вогнутой полусферической поверхностью днища стального стакана верхнего стыковочного элемента. Процесс стыкования модульных секций сваи осуществляют следующим образом. В стальной стакан верхнего стыковочного элемента модульной секции, погружаемой в грунт, устанавливают наголовник, через который на днище секции передается ударная нагрузка от молота сваебойной установки. По установленному в стакан наголовнику производят удары молотом до тех пор, пока свайная секция не зайдет в грунт на глубину, при которой ее верхний стыковочный элемент будет доступным на поверхности строительной площадки для стыкования со следующей погружаемой секцией. Затем наголовник извлекают из стакана верхнего стыковочного элемента погруженной в грунт секции и на его место устанавливают выступ нижнего стыковочного элемента следующей погружаемой секции. Далее, прилагая ударно-динамическую нагрузку, погружают состыкованные секции в грунт, при этом одновременно происходит их самоцентрирование за счет конфигурации стыкового соединения стаканного типа. Недостатками известного стыкового соединения являются опасность образования сколов и растрескиваний в бетонном днище стального стакана, расположенного на верхних концах железобетонных секций, при приложении к ним ударно-динамической нагрузки из-за отсутствия амортизирующей прокладки под наголовником, что может привести к усложнению и удорожанию свайных работ из-за необходимости восстановления концов секций или их полной замены; недолговечность стального стакана из-за отсутствия на нем гидроизолирующего слоя, что способствует его быстрой коррозии и разрушению во влажной грунтовой среде.

Технической задачей для предлагаемой полезной модели является повышение ударостойкости стыковочных элементов железобетонных модульных секций составных свай при погружении в грунт ударно-динамическим методом и устранение опасности их повреждения и разрушения, обеспечение их долговечной и надежной работы под нагрузкой.

Для решения поставленной технической задачи предлагается стыковое соединение стаканного типа составной модульной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей по меньшей мере из одной самоцентрирующейся сборной железобетонной модульной секции, на верхнем конце модульной секции выполнен стыковочный элемент в виде цилиндрического стального стакана, приваренного к концам продольной арматуры железобетонной секции, а днище стакана выполнено в виде вогнутой полусферической армированной бетонной поверхности, при этом верхний стыковочный элемент снабжен инвентарным съемным наголовником, предохраняющим его от повреждения при погружении модульной секции в грунт, где низ наголовника имеет выпуклую полусферическую поверхность, повторяющую вогнутую полусферическую поверхность днища цилиндрического стакана, а на нижнем конце модульной секции выполнен стыковочный элемент в виде армированного бетонного выступа с выпуклой полусферической торцевой поверхностью для установки в стальной стакан верхнего стыковочного элемента нижерасположенной модульной секции. Новым является то, что наголовник выполнен составным, где его верхняя часть выполнена жесткой из твердого материала, а нижняя часть выполнена упругой из амортизирующего материала, при этом между вогнутой полусферической армированной бетонной поверхностью днища стакана верхнего стыковочного элемента нижерасположенной модульной секции и выпуклой торцевой полусферической поверхностью армированного бетонного выступа нижнего стыковочного элемента вышерасположенной модульной секции расположен слой конструкционной растворной смеси, уплотняющейся при погружении модульных секций и твердеющей после погружения секций в грунт. Верхние стыковочные элементы модульной секции станут долговечными, если перед ее погружением в грунт на наружной поверхности стального стакана, расположенного на верхнем конце секции, будет выполнен гидроизоляционный слой. Верхняя часть наголовника может быть выполнена из стали, что позволит ему непосредственно воспринимать ударно-динамические нагрузки от молота сваебойной установки, при этом высота верхней части наголовника может составлять от 3/4 до 1/2 его общей высоты, в зависимости от величины прилагаемой ударно-динамической нагрузки и размеров сечения модульной секции. Ударостойкость армированного бетонного днища стального стакана на верхнем конце модульной секции станет высокой, если нижняя часть устанавливаемого в стакан наголовника будет выполнена из полимерного амортизирующего материала, при этом нижняя часть наголовника может составлять от 1/4 до 1/2 его общей высоты. Предпочтительно, если толщина слоя конструкционной растворной смеси в стыковом соединении модульных секций будет составлять от 5 до 25 мм, что позволит повысить его надежность при работе под нагрузкой.

Полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг. 1 показан продольный разрез верхнего стыковочного элемента модульной секции с установленным в стальной стакан составным наголовником, на фиг. 2 показан продольный разрез стыкового соединения двух модульных секций перед их погружением в грунт.

Полезная модель поясняется на примере выполнения стыкового соединения стаканного типа составной модульной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей из самоцентрирующихся сборных железобетонных модульных секций.

На верхнем конце модульной железобетонной секции 1 выполнен стыковочный элемент в виде цилиндрического стального стакана 2, изготовленного из бесшовной трубы по ГОСТ 8732-78 диаметром =273 мм, высотой 320 мм и толщиной стенок =8 мм. Стальной стакан 2 приварен к концам продольной арматуры железобетонной секции 1 в заводских условиях при ее изготовлении. Днище стакана 2 выполнено в виде вогнутой полусферической армированной бетонной поверхности и ее радиус составляет R₁=160 мм. На наружную поверхность стального стакана 2 нанесен гидроизоляционный слой 3 из двухкомпонентной полимерно-битумной мастики, напыляемой в холодном состоянии и быстро твердеющей на воздухе. Верхний стыковочный элемент модульной секции 1 снабжен инвентарным съемным наголовником 4, предохраняющим его от повреждения при погружении модульной секции 1 в грунт (см. фиг. 1). Наголовник 4 выполнен составным, и его верхняя часть 5 выполнена жесткой из стального литья, на которой уложена промежуточная дубовая подушка 6 толщиной около 100 мм. Нижняя часть 7 наголовника 4 выполнена упругой в виде амортизирующего вкладыша, изготовленного из полимерного композиционного материала-полиамида-6 (капролон). Высота верхней стальной части 5 наголовника 4 в данном примере составляет 3/4 его общей высоты и равна 240 мм, а высота нижней части 7 наголовника 4, выполненной в виде полимерного амортизирующего вкладыша, составляет 1/4 его общей высоты и равна 80 мм. Соприкасающаяся с днищем стального стакана 2 нижняя выпуклая полусферическая поверхность амортизирующего вкладыша повторяет его вогнутую полусферическую армированную бетонную поверхность. На нижнем конце вышерасположенной железобетонной модульной секции 8 выполнен стыковочный элемент в виде армированного бетонного выступа 9 с выпуклой полусферической торцевой поверхностью, радиус которой составляет R₂ =156 мм (см. фиг. 2). В стыковом соединении между выступом 9 вышерасположенной секции 8 и днищем стакана 2 нижерасположенной секции 1 уложен слой конструкционной растворной смеси 10 из цементно-песчаной композиции, в данном примере толщиной 15 мм, уплотняющейся при погружении модульных секций 1, 8 и твердеющей после их погружения в грунт. Процесс стыкования самоцентрирующихся модульных секций 1, 8 составной сваи осуществляют следующим образом. На днище стального стакана 2 верхнего стыковочного элемента модульной секции 1, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом, укладывают нижнюю амортизирующую часть 7 наголовника 4, на которую устанавливают его верхнюю часть 5, выполненную из стального литья. Между шаботом молота сваебойной установки (не показан) и верхней стальной частью 5 наголовника 4 устанавливают промежуточную дубовую подушку 6 (см. фиг. 1). Через шабот молота производят удары сваебойной установкой по верхней стальной части 5 наголовника 4, установленному в стальной стакан 2 верхнего стыковочного элемента модульной секции 1, до тех пор, пока секция 1 не погрузится в грунт на глубину, при которой ее верхний стыковочный элемент будет доступным на поверхности строительной площадки для стыкования с погружаемой модульной секцией 8. Затем верхнюю стальную часть 5 наголовника и нижнюю амортизирующую часть 7, выполненную в виде вкладыша, извлекают из стального стакана 2 верхнего стыковочного элемента погруженной в грунт секции 1 и устанавливают их в стальной стакан верхнего стыковочного элемента (не показан) погружаемой секции 8, а на вогнутое армированное бетонное днище стакана 2 погруженной секции 1 укладывают слой конструкционной растворной смеси 10 из цементно-песчаной композиции, на которую устанавливают выпуклый армированный бетонный выступ 9 нижнего стыковочного элемента погружаемой секции 8. После нанесения быстротвердеющего гидроизоляционного слоя 3 на наружную поверхность цилиндрического стакана 2 секции 1, прикладывают ударно-динамическую нагрузку P через промежуточную дубовую подушку 6 к наголовнику 4 и погружают состыкованные модульные секции 1,8 в грунт, при этом одновременно происходит их самоцентрирование за счет полусферической конфигурации стыковочных элементов вышеописанного стыкового соединения стаканного типа.

Приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления полезной модели и ни в коей мере не ограничивает объем правовой охраны, представленный в ее формуле, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен реализовать и другие пути осуществления данного технического решения.

1. Стыковое соединение стаканного типа составной модульной сваи, погружаемой в грунт ударно-динамическим методом и состоящей по меньшей мере из одной самоцентрирующейся сборной железобетонной модульной секции, на верхнем конце модульной секции выполнен стыковочный элемент в виде цилиндрического стального стакана, приваренного к продольной арматуре железобетонной секции, а днище стакана выполнено в виде вогнутой полусферической армированной бетонной поверхности, при этом верхний стыковочный элемент снабжен инвентарным съемным наголовником, предохраняющим его от повреждения при погружении модульной секции в грунт, где низ наголовника имеет выпуклую полусферическую поверхность, повторяющую вогнутую полусферическую бетонную поверхность днища стального стакана, а на нижнем конце модульной секции выполнен стыковочный элемент в виде армированного бетонного выступа с выпуклой полусферической торцевой поверхностью для установки в стальной стакан верхнего стыковочного элемента нижерасположенной модульной секции, отличающееся тем, что наголовник выполнен составным, его верхняя часть выполнена жесткой из твердого материала, а нижняя часть выполнена упругой из амортизирующего материала, при этом между вогнутой полусферической поверхностью днища стального стакана верхнего стыковочного элемента нижерасположенной модульной секции и торцевой выпуклой поверхностью выступа нижнего стыковочного элемента вышерасположенной модульной секции расположен слой конструкционной растворной смеси, уплотняющейся при погружении модульных секций и твердеющей после их погружения в грунт.

2. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что на наружной поверхности стального стакана выполнен гидроизоляционный слой.

3. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что верхняя часть наголовника выполнена из стали.

4. Стыковое соединение по п.3, отличающееся тем, что верхняя часть наголовника составляет от 3/4 до 1/2 его общей высоты.

5. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть наголовника выполнена из полимерного материала.

6. Стыковое соединение по п.5, отличающееся тем, что нижняя часть наголовника составляет от 1/4 до 1/2 его общей высоты.

7. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что толщина слоя конструкционной растворной смеси составляет от 5 до 25 мм.