FI126222B

FI126222B - Reinforced concrete pile

Info

Publication number: FI126222B
Application number: FI20095832A
Authority: FI
Inventors: Matti Tiikkainen
Original assignee: Matti Tiikkainen
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2016-08-31
Also published as: WO2011015711A1; EP2462287A1; FI20095832A0; EP2462287A4; FI20095832A

Description

TeräsbetonipaaluReinforced concrete pile

Keksinnön kohteena on teräsbetonipaalu, jossa on maahan tunkeutuvassa kärjessä käyttöakseliin asennettu kierrelaippa.The present invention relates to a reinforced concrete pile having a helical flange mounted on a drive shaft at a penetrating tip.

Tavanomaiset teräsbetonipaalut valmistetaan sitomalla pystyteräkset hakasteräksillä paalun raudoitukseksi ja valamalla paalu muotissa yleensä neliön muotoon. Asennusta varten on kehitetty omanlaiset paalutuskoneet. Näissä paino pudotetaan paalun päähän ja iskuenergia upottaa paalua joka lyönnillä syvemmälle kunnes paalu ei enää sanottavasti uppoa. Loppulyönneillä varmistetaan kokemusperäisesti kantavuus. Paalun koosta riippuen pudotusjärkäleen massa voi vaihdella 50 kg - useisiin tuhansiin kiloihin. Lyöntipaalu haittapuolena on iskusta aiheutuva voimakas melu sekä iskun aiheuttama tärinä lähiympäristössä. Paalu on myös mitoitettu kestämään iskusta aiheutuva lyöntienergia. Edellä esitetyn johdosta lyöntipaalut ovat runsaasti ylimitoitetut käyttötilanteen kuormiin nähden.Conventional reinforced concrete piles are made by bonding upright steels with hinged steels to reinforce the pile and casting the pile in a mold generally into a square. Special piling machines have been developed for installation. In these, the weight is dropped at the end of the pile and the impact energy dives deeper into the pile with each stroke until the pile no longer sinks. The final kicks are empirically assured of carrying capacity. Depending on the size of the pile, the weight of the drop litter can range from 50 kg to several thousand pounds. The downside of the pile is the high noise from the impact and the vibration from the impact in the immediate environment. The pile is also dimensioned to withstand impact energy from impact. Due to the above, the pile piles are heavily oversized with respect to the loads of the operating situation.

Julkaisussa US3277968 on esitetty maahan kierrettävä ruuvivaipallinen teräsbetonipaalu, jossa on osittain heliksin muotoinen raudoitus. Julkaisussa US1070862 on esitetty kierrelaipallinen teräsbetonipaalu, jossa osa betoni raudoituksesta on järjestetty heliksin muotoiseksi. Julkaisussa US1563024 on esitetty maahan kierrettävä ruuvivai palli nen teräsbetonipaalu, jossa on osittain heliksin muotoinen raudoitus.US 3277968 discloses a screwed-in, screw-wrapped reinforced concrete pile with a partially helical reinforcement. US1070862 discloses a spiral flange reinforced concrete pile in which part of the reinforcement of concrete is arranged in a helix shape. US1563024 discloses a screw-in-screw screw concrete reinforced concrete pile with a partially helix-shaped reinforcement.

Tämän keksinnön tavoitteena on pienentää betoni paalutuksen ylimitoitusta, poistaa iskusta aiheutuva melu ja tärinä. Näiden päämäärien toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle paalulle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat. Edelleen tavoitteena on lisätä betoni paalutuksen vetolujuutta.The object of the present invention is to reduce the oversizing of concrete piling, to eliminate impact noise and vibration. In order to achieve these objects, the pile according to the invention is characterized by the features set forth in the characterizing part of claim 1. A further aim is to increase the tensile strength of concrete piling.

Keksinnön mukaisen paalun toiminta perustuu edullisesti ruuvi periaatteelle, joka on selostettu hakijan aiemmassa patentissa FI94885. Kyseinen ruuvipaalu toimii siten, että ruuvilaippa porautuessaan maahan pehmentää alueeltaan maata. Ruuvipaalun pehmentämä maa puristetaan uudelleen kasaan kartio-osalla, jonka tilavuus on samaa suuruusluokkaa kuin ruuvin edetessään tuottama avoin osa maassa. Tämä paa-lumenetelmä on osoittautunut erittäin käyttökelpoiseksi ja sen avulla saavutetaan lyhyelläkin paalulla hyvä veto- ja puristuslujuus. Koska maan puristaminen tapahtuu vaiheittain, myös ruuvaukseen tarvittava voima on pienempi kuin useimmilla muilla ruuvi paaluilla.The operation of the pile according to the invention is preferably based on the screw principle described in the Applicant's earlier patent FI94885. This screw pile operates in such a way that the screw flange, when drilling into the ground, softens its area. The soil softened by the screw pile is recompressed with a cone part of the same order of magnitude as the open part produced by the screw as it progresses. This piling process has proven to be very useful and provides good tensile and compressive strength even on a short pile. Because the ground is compressed in stages, the force required for screwing is also smaller than most other screw piles.

Edellä mainitun patentin mukaiset paalut muodostuvat teräsputkesta, jonka päässä on tiivistävä kartio, akseli ja ruuvilaippa. Teräsputkipaalu on kuitenkin usein huonompi ratkaisu kuin betonipaalu, jonka korroosiokestävyys ja nurjahduslujuus ovat parempia kuin samanhintaisilla teräsputkipaaluilla. Betonin kestävyys esimerkiksi huokoisessa happea läpäisevässä hiekkamaassa on normaalia sinkittyä teräsputkea parempi.The piles of the above-mentioned patent consist of a steel tube with a sealing cone, shaft and screw flange at its end. However, a steel pipe pile is often a worse solution than a concrete pile, which has better corrosion resistance and buckling strength than similarly priced steel pipe piles. The durability of concrete in, for example, porous, oxygen-permeable sandy soil is better than normal galvanized steel pipe.

Betonipaalun ruuvikäytön ongelmana on betonin huono vetolujuus, ja betonipaalun kiertolujuus on suhteellisen huono tavanomaisilla raudoitusratkaisuilla. Keksinnön mukaisesti betonivalun sisään järjestetään raudoitus, joka on ruuvi n muotoinen he-liksi ja kierresuunnaltaan vastakkaiskätinen paalua maahan vetävään ruuvilaippaan nähden, jolloin raudoitus muuttaa kierron vetojännitykseksi, joka edelleen puristaa betonia kasaan. Tämä raudoitus voidaan järjestää siten, että paalun suuntaiset pit-kittäisraudat sidotaan spiraali muotoisilla raudoilla. Sekä pystyrautoja, että siderauto-ja on edullisesti vähintään kolme, esimerkiksi 3-6 kpl. Paalun vääntölujuus on näin suuri siihen suuntaan, jossa spiraalimuotoiset raudat kiristyvät kierrettäessä. Spiraa-liraudat ja pitkittäisraudat supistetaan ruuvi päässä ja liitetään ruuvin akseliin. Paalun yläpäässä raudat vastaavasti liitetään laippaan, jossa on tartuntavälineet paalun kiertämiseksi. Tämä laippa voi olla yksinkertaisesti levy, johon raudat hitsataan kiinni joko suoraan tai reikien läpi, ja jossa on kolot kiertovälinettä varten.The problem of screw piling of a concrete pile is the poor tensile strength of the concrete, and the pile torsional strength is relatively poor with conventional reinforcing solutions. According to the invention, reinforcement is provided inside the concrete casting, which is a helix in the form of a screw and is helically opposite to the screw flange pulling the pile to the ground, whereby the reinforcement converts the rotation into tensile stress, which further compresses the concrete. This reinforcement can be arranged so that the longitudinal bars parallel to the pile are bound with spiral-shaped bars. Preferably there are at least three, for example 3-6, both vertical bars and tying bars. The pile strength of the pile is thus high in the direction in which the spiral iron becomes tensioned when rotated. Spiral irons and longitudinal irons are reduced at the screw end and connected to the screw shaft. At the top of the pile, the irons are respectively connected to a flange having gripping means for rotating the pile. This flange may simply be a plate into which the irons are welded either directly or through holes and having recesses for the rotation means.

Seuraavassa esitetään keksinnön eräs edullinen sovellusmuoto oheisen kuvion avulla.A preferred embodiment of the invention will now be described with reference to the appended figure.

Kuvio 1 esittää heliksiraudoitetun ruuvipaalun, jossa ruuvilaipan akseli on kierretty betoniraudoista.Figure 1 shows a helix-reinforced screw pile in which the axis of the screw flange is twisted from concrete bars.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 ruuvipaalun poikkileikkausta ruuvilaipan kohdalta.Figure 2 is a cross-sectional view of the screw pile of Figure 1 at the screw flange.

Paalun varren 6 sisäpuolisten betonirautojen 4 ja 5 liittäminen ruuvilaipan akseliin 3 voidaan tehdä niin, että raudat kierretään yhteen punosmaiseksi. Tällöin itse raudat muodostavat kierretyn akselin 3, joka lävistää paalun valumuotin pään 7, esimerkik- si puolipallon muotoisen tai kartiomaisen pään 7, joka toimii samalla valuvaiheessa betoni muottina ja kierrettäessä maata tiivistävänä kartiona. Akselin 3 pää leikataan poikki kulmassa terävän pään muodostamiseksi ja itse ruuvilaippa 1 asennetaan hoikin 2 avulla akselille 3 esimerkiksi hitsaamalla. Tällöin laippa voidaan kiinnittää vasta valun tai kuljetuksen jälkeen.The connection of the concrete bars 4 and 5 inside the pile shaft 6 to the shaft 3 of the screw flange can be done by twisting the irons together in a braided manner. Here, the irons themselves form a twisted shaft 3 which pierces the pile molding head 7, for example a hemispherical or conical end 7, which at the same molding stage acts as a concrete mold and as a rotating earth sealing cone. The end of the shaft 3 is cut at an angle to form a sharp end and the screw flange 1 itself is mounted by means of the sleeve 2 on the shaft 3, for example by welding. In this case, the flange can only be fixed after casting or transport.

Ruuvilaipan 1 akseli 3 voidaan myös liittää muunlaisella kiinnitystavalla. Kierteinen raudoitus liitetään paalun molemmista päistä kiertävään elimeen ja ruuvilaipan akseliin. Akselin kiinnitys voi olla esimerkiksi toteutettu suuntaissärmiöputkella, tai tangolla, johon sopii ruuvilaipan akselin vastakappale. Tällöin raudat hitsataan tai liitetään valun sisään jäävään elimeen, ja laippa akseleineen voidaan kiinnittää jälkikäteen. Rautojen kiinnitys voi tapahtua myös levyyn tai vastaavaan, jolloin ruuvilaippa liitetään itse levyyn.The shaft 3 of the screw flange 1 can also be connected in some other way. The threaded reinforcement is connected to the rotating member at both ends of the pile and to the screw flange shaft. For example, the shaft mounting may be by means of a parallelepiped tube, or by a rod suitable for a counter flange shaft counterpart. In this case, the irons are welded or joined to a member which remains inside the casting, and the flange and its shaft can be retrofitted. The iron can also be secured to the plate or the like, whereby the screw flange is attached to the plate itself.

Kuvion 1 mukainen ruuvilaippa 1 käsittää kaksi heliksisegmenttiä 1 akselin vastakkaisilla puolilla, kuviossa 2 on poikkileikkaus akselin kohdalta siten, että laippojen 1 sijainti suhteessa akseliin käy ilmi. Kummankin segmentin kiertymä on noin 180 astetta. Tämä pienentää maa-aineksen tilavuutta, joka pehmenee yhden kierroksen aikana, ja vastaavasti kierroksen aikana ruuvilaippaa seuraavan tiivistyskartion tiivistettäväksi jäävä tilavuus pienenee, jolloin kartio voidaan tehdä lyhyemmäksi.The screw flange 1 according to Fig. 1 comprises two helical segments 1 on opposite sides of the shaft, Fig. 2 shows a cross-section along the axis so that the position of the flanges 1 with respect to the axis is indicated. The rotation of each segment is approximately 180 degrees. This reduces the volume of soil which softens during one turn, and accordingly the volume remaining in the sealing cone following the screw flange to be sealed during the rotation can be made shorter.

Lisäksi kaksi lyhyempää ruuvilaipan lapaa voidaan valmistaa ja liittää helpommin kuin yksi 360 tai yli 360 astetta pitkä heiiksilaippa. 360 astetta pitkän laipan valmistamien ei onnistu yhdestä tasolevystä. Kaksilapaisen laipan edut eivät riipu itse paalun materiaalista. Ruuvilaipan edullinen muoto on riippuvainen myös maaperän laadusta, kaksi rinnakkaista lapaa toisaalta sisältää kaksi leikkaavaa etureunaa ja siipien väliin jää rako etu- ja jättöreunan välillä. Suurirakeista maalajia porattaessa saattaa olla edullista käyttää yli 180 asteen heliksisegmenttilaippoja tai laippoja, joiden etureuna on kuvaa voimakkaammin kevennetty, jolloin laippa siirtää materiaalia myös ulospäin, eivätkä suuret rakeet juutu kahden laipan etu- ja jättöreunan väliin.In addition, two shorter screw flange blades can be fabricated and joined more easily than one 360 ° or 360 ° long flange flange. A 360 degree long flange cannot be made from a single flat plate. The advantages of a double blade flange do not depend on the material of the pile itself. The preferred shape of the screw flange is also dependent on the quality of the soil, the two parallel blades on the other hand have two cutting front edges and there is a gap between the wings between the leading and leaving edges. When drilling large-grained soils, it may be advantageous to use helix segment flanges or flanges with a more lightened leading edge than 180 degrees, whereby the flange also transfers material outwards and large granules do not get stuck between the leading and trailing edges of the two flanges.

Porauksen aikana tapahtuvaan maan muokkaukseen voidaan vaikuttaa myös esimerkiksi taivuttamalla ruuvilaipan siipiä jättöreunasta nousultaan suuremmaksi tai paksuntamalla jättöreunaa, jolloin laipan kierroksen aikana tekemän maan muok-kausvaikutus kasvaa, koska laipan jättöuran jättämä tilavuus kasvaa. Tämä mahdol listaa tiivistävän kartion kevyemmän toiminnan ja mahdollistaa paksumman paalun vetämisen maahan samankokoisella laipalla.The soil shaping during drilling can also be affected, for example, by bending the flange blades from the leading edge to a higher pitch or by thickening the leaving edge, thereby increasing the working effect of the ground made by the flange as the volume left by the flange leaving groove increases. This allows for a lighter operation of the sealing cone and allows a thicker pile to be pulled to the ground with the same size flange.

Heliksimäinen kiertovoimaa vastaanottava raudoitus voidaan muodostaa myös ohuehkosta metallilevystä paalun pintaan. Levy voidaan järjestää kierresaumattuna putkena tai mikäli käytetään ulkopuolista erillistä muottia, mahdollisesti myös sau-maamattomana rakenteena. Joka tapauksessa itse saumojen ei tarvitse olla lujia, eikä betonin ja pellin liitoksen lujuuskaan ole ratkaiseva, vaan kierrepellit voidaan periaatteessa asentaa jopa jo valetun tangon päälle esijännitettynä sopivasti siten, että ne pysyvät kiinni tangossa pelkän kiristysvoiman avulla. Kierresaumaputki voi edullisesti toimia valumuottina, ja putki voidaan valmistaa valun yhteydessä. Kierre-pellit ovat lujuuden kannalta oleellisia vain ruuvipaalua kierrettäessä maahan, sen jälkeen paalun sisällä olevat teräkset vastaavat paalun vääntöjäykkyydestä. Teräslevyt voivat olla kiinnitytty paalun päissä vääntäviin elimiin myös siten, että elimet pääsevät liikkumaan suhteessa paaluun, tällöin teräslevyjen tilalla voivaan käyttää mitä tahansa vetolujaa materiaalia, koska silloin lämpölaajeneminen ei haittaa. Mikäli tässä tapauksessa paalun porausta pitää peruuttaa eli paalua kierretään takaisin päin, pitää järjestää vääntöelimet myös vääntämään myös itse paalun betonirunkoa. Takaisin päin kiertäminen vaatii yleensä huomattavasti vähemmän voimaa. Paalun kiertopää voidaan kiinnittää esimerkiksi paaluun valettuun pulttiin tai mutteriin, jolloin laippa voidaan kiristää ja lukita paaluun.The helix-like twist-receiving reinforcement can also be formed from a lightweight metal plate to the pile surface. The sheet may be provided as a threaded pipe or, if an external mold is used, possibly also as a non-welded structure. In any case, the joints themselves do not need to be rigid, nor is the strength of the concrete and sheet metal joint crucial, but in principle threaded sheets can be mounted even on pre-cast rods suitably preloaded so that they remain attached to the rod by mere clamping force. Preferably, the helical seam tube may serve as a casting mold, and the tube may be fabricated during casting. Threaded dampers are only essential for strength when screwing a screw pile to the ground, after which the steels inside the pile are responsible for the torsional stiffness of the pile. The steel sheets may also be attached to the pivoting end members by means of torsion means so that the members can move relative to the pile, in which case any tensile material can be used in place of the steel plates, since thermal expansion is not adversely affected. If in this case the borehole of the pile has to be reversed, i.e. the pile is rotated backwards, the torsion means must also be provided to twist the concrete body of the pile itself. Reversing usually requires considerably less force. For example, the pivoting end can be attached to a bolt or nut cast into the pile, whereby the flange can be tightened and locked into the pile.

Ulkopuolinen levyraudoitus voi olla myös ei-kierretty putki, joka vasta kierrettäessä muuttaa muotoaan siten, että se kiristyy ja muotoutuu ainakin jossain määrin helik-simäiseksi kiertyessään ja samalla kiristyessään betonia vasten sekä ympärysmitaltaan, että pituussuunnassa. Tällöin on kuitenkin pidettävä huoli siitä, että putki toimii tarkoitetulla tavalla, eikä esimerkiksi repeydy pitkittäissaumasta kiertyessään. Verrattuna betonilla täytettyyn teräsputkeen näin muodostettu ulkokuori voi olla huomattavan ohut, eikä kiinnittyminen betoniin ole kriittinen. Edullisesti kuitenkin ulkokuori on saumoiltaankin kierteinen, jolloin saumaan ei kohdistu vetävää tai leik-kaavaa voimaa ulkokuoren muotoutumisen yhteydessä.The exterior sheet reinforcement may also be a non-twisted tube which, upon rotation, deforms and at least to some extent becomes helical when twisted and at the same time tightens against the concrete both circumferentially and longitudinally. In this case, however, care must be taken to ensure that the pipe functions as intended and, for example, does not tear when rotating the longitudinal seam. Compared to a steel tube filled with concrete, the outer casing thus formed can be remarkably thin and adhesion to the concrete is not critical. Preferably, however, even the seams are threaded, so that no pulling or shearing force is exerted on the seams when the outer skin is formed.

Ulkopinnan peltien tai nauhojen korroosiokestävyydellä ei ole väliä, ja asennuksen jälkeen ne voi jopa poistaa maan yläpuoliselta osalta. Näin esimerkiksi kierresauma-putkella saadaan aikaa riittävä kiertolujuus paalun kierron ajaksi ja kertakäyttöinen valumuotti, mutta putken materiaali voidaan valita pelkän hinnan, työstettävyyden, esimerkiksi hitsattavuuden ja vetolujuuden perusteella, eikä materiaalin mitoituksessa tarvitse ottaa huomioon korroosiota tai kiinnittymistä betoniin. Näin saadaan aikaan riittävä kiertolujuus halvan teräsputken tai pelkkien pinnalle kiristettyjen helik-sin muotoisten peltisoirojen avulla, paalun lopullisessa käyttötilassa sen lujuuden kannalta oleelliset korroosio-ominaisuudet määräytyvät pelkästään betonin ja sen sisään jäävien rautojen mukaan. Kierretty ulkovaippa hitsataan tai kiinnitetään muulla tavalla molemmista päistään laippoihin, ja tässä sovellusmuodossa joudutaan ruuvilaipan kiinnitykseen käyttämään esimerkiksi erillistä vahviketta, laippaa, rengasta tai paalun paksuista putkea, johon kierretty pelti hitsataan tai kiinnitetään muulla tavalla, esimerkiksi puristusliitoksella. Teräspellin tilalla voidaan käyttää myös muuta materiaalia, koska lämpölaajenemiskerrointen erolla ei ole samalla tavalla merkitystä.The corrosion resistance of the exterior sheets or strips does not matter and after installation can even be removed from above ground. Thus, for example, a spiral seam tube provides sufficient torsional strength during pile rotation and a disposable mold, but the material of the tube can be selected solely on the basis of cost, workability such as weldability and tensile strength, without corrosion or bonding to concrete. Thus, sufficient torsional strength is obtained by means of a cheap steel tube or helix-shaped tin bars tensioned on the surface alone; in the end-use state of the pile, the corrosion properties essential for its strength are solely determined by the concrete and the iron contained therein. The threaded outer sheath is welded or otherwise secured at both ends to the flanges, and in this embodiment, for example, a separate reinforcement, flange, ring, or pile-thick tube is used to secure the screw flange to which the twisted sheet is welded or otherwise secured, e.g. Other materials may be used in place of the steel sheet, as the difference in thermal expansion coefficients does not matter in the same way.

Ulkopuolinen vaippa voidaan tehdä myös vaijeriverkosta, joka kierrettäessä kiristyy paalun ympärille. Tällöin ainakin osa verkosta kiristyessään ottaa heliksin muodon. Vaijeriverkko, vaijeriverkkosukka tai metallilevystä valmistettu heliksi on mahdollista pujottaa tai kääriä myös useamman jatkettava paalun ympärille vasta maahan kierrettäessä, jolloin itse kiertävään laitteeseen järjestetään verkkoon tarttuvat elimet, ja verkko voi olla useasta osasta jatketun paalun pituinen, eikä paalujen jatkoksia tarvitse rakentaa kiertovoimaa kestäviksi.The outer sheath can also be made of wire mesh which, when twisted, tightens around the pile. In this case, at least a part of the network becomes helical as it becomes tighter. A wire mesh, wire mesh stocking or metal plate helix can also be threaded or wound around several piles only when rotated to the ground, whereby the self-rotating device is provided with mesh-engaging members and may have multiple pile extension lengths without the need to build pile joints.

Claims

A screw-flanged pile which, when rotated, pulls itself into the ground so that the displaced volume is less than the volume softened by the flange (1) when drilling, wherein the material of the pile rod (6) is reinforced concrete with reinforcement (4, 5) arranged as a helix-shaped spiral (5) or a sheath secured to the pile-rotating members and the screw flange member (3) such that rotation of the screw flange to rotate to the ground produces a tensile force on the helix-like portion which further provides clamping force to the concrete (4) tapered conically, characterized in that at least the helix-shaped irons (5) are threaded together to provide a fastening of the screw flange (1).

A screw flange pile according to claim 1, wherein the helix structure is arranged in connection with the longitudinal reinforcing bars as a helix helix (5) inside the concrete.

A screw flange pile according to any one of the preceding claims, wherein the screw flange consists of at least two helical segments (1) mounted at the same position on the shaft on opposite sides of the shaft.

A screw flange pile according to any one of the preceding claims, wherein the screw flange leaving edges are thickened, or the pitch of the flanges (1) changes, whereby the volume of displaced material left by the flanges increases during the rotation.