FI126222B - Teräsbetonipaalu - Google Patents

Description

Teräsbetonipaalu

Keksinnön kohteena on teräsbetonipaalu, jossa on maahan tunkeutuvassa kärjessä käyttöakseliin asennettu kierrelaippa.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Seuraavassa esitetään keksinnön eräs edullinen sovellusmuoto oheisen kuvion avulla.

Kuvio 1 esittää heliksiraudoitetun ruuvipaalun, jossa ruuvilaipan akseli on kierretty betoniraudoista.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 ruuvipaalun poikkileikkausta ruuvilaipan kohdalta.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (4)

1. Maahan kierrettävä ruuvilaipallinen paalu, joka kierrettäessä vetää itsensä maan sisälle siten, että syrjäytetty maan tilavuus on pienempi kuin laipan (1) poratessaan pehmentämä maan tilavuus, missä paalun varren (6) materiaali on teräsbetonia, jonka raudoituksesta (4, 5) osa on järjestetty heliksin muotoiseksi spiraaliksi (5) tai vaipaksi, joka on kiinnitetty paalua kiertäviin elimiin ja ruuvilaippaan liittyvään osaan (3) siten, että ruuvilaippaa maahan kierrettäessä muodostuva kierto tuottaa heliksin muotoiseen osaan vetovoiman, joka edelleen tuottaa betoniin puristusvoiman, jotka betoniraudat (4, 5) suppenevat kartiomaisesti, tunnettu siitä, että ainakin heliksin muotoiset raudat (5) ovat kierretty yhteen ruuvilaipan (1) kiinnityksen järjestämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruuvilaipallinen paalu, jossa heliksirakenne on järjestetty pitkittäisten betonirautojen yhteyteen heliksin muotoiseksi kierteeksi (5) betonin sisälle.

3. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen ruuvilaipallinen paalu, jossa ruu-vilaippa koostuu ainakin kahdesta heliksisegmentistä (1), jotka on asennettu akselin samaan kohtaan akselin vastakkaisille puolille.

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen ruuvilaipallinen paalu, jossa ruuvilaipan jättöreunat ovat paksunnettu, tai laippojen (1) nousu muuttuu, jolloin laippojen jättämä syrjäytetyn materiaalin tilavuus kasvaa kierroksen aikana.