RU156641U1

RU156641U1 - DRILLING PILES

Info

Publication number: RU156641U1
Application number: RU2015120889/03U
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Стриганов; Иван Юрьевич Стриганов; Михаил Юрьевич Стриганов; Игорь Канаматович Золоев
Original assignee: Юрий Павлович Стриганов; Иван Юрьевич Стриганов; Михаил Юрьевич Стриганов; Игорь Канаматович Золоев
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2015-11-10

Abstract

1. Буровинтовая свая в виде ствола с конусным наконечником, снабженная винтовой лопастью со стороны нижнего торца и лопатками разной ширины, расположенными на стволе попарно диаметрально-противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола, отличающаяся тем, что лопатки расположены на стволе с шагом, равным шагу винтовой лопасти, а наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом - α, обратным углу наклона винтовой лопасти - β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки - φ.2. Буровинтовая свая по п. 1, отличающаяся тем, что лопатки на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола.1. Bore-screw pile in the form of a barrel with a tapered tip, equipped with a screw blade from the side of the lower end and blades of different widths located on the barrel in pairs diametrically opposite with an inclination to the horizontal plane in the direction of rotation of the barrel, characterized in that the blades are located on the barrel in increments equal to the pitch of the screw blade, and the inclination of the blades to the horizontal plane is made at an angle - α, the inverse angle of inclination of the screw blade - β, and not exceeding the angle of internal friction of sand backfill - φ.2. A bore screw pile according to claim 1, characterized in that the blades in the portion of the bore from the tip to half the length of the bore have a width of at least 1/8 of the difference between the diameters of the borehole and the bore, higher from the middle of the barrel to the liner of at least 1/4 of the difference in bore diameters and the barrel, and the length of the scapula is at least 1/4 of the circumference of the barrel.

Description

Полезная модель относится к строительству, в частности, к способам возведения свайных оснований и фундаментов, преимущественно в слабых грунтах, и может быть использована в промышленном и гражданском строительстве как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении фундаментов старых, поврежденных или требующих реконструкции.The utility model relates to construction, in particular, to methods of construction of pile foundations and foundations, mainly in soft soils, and can be used in industrial and civil construction both in the construction of new buildings and structures, and in strengthening the foundations of old, damaged or requiring reconstruction .

Использование в строительстве буровинтовых свай или винтовых анкеров широко известно. Различные варианты конструкций винтовых анкеров описаны в книге В.Н. Железкова «Винтовые сваи в энергетической и других отраслях строительства». ПРАГМА, СПб, 2004 г. На стр. 9 отмечены преимущества анкерных свай. Винтовые сваи содержат ствол с торцом конической формы, на котором закреплены винтовые лопасти (одна или две). Винтовая свая завинчивается в лидерную скважину, диаметр которой равен диаметру ствола лопасти. При завинчивании винтовых свай обеспечивается наибольшая их несущая способность, поскольку нарушение естественной структуры грунта в данном случае незначительно, а также снижается величина крутящего момента из-за отсутствия сопротивления вдавливанию конца сваи в грунт.The use of screw piles or screw anchors in construction is widely known. Various design options for screw anchors are described in the book of V.N. Zhelezkova "Screw piles in the energy and other sectors of construction." PRAGMA, St. Petersburg, 2004. On page 9 the advantages of anchor piles are noted. Screw piles contain a barrel with an end face of a conical shape, on which screw blades are fixed (one or two). A screw pile is screwed into a leader well, the diameter of which is equal to the diameter of the shaft of the blade. When screwing screw piles, their greatest bearing capacity is ensured, since the violation of the natural structure of the soil in this case is insignificant, and the torque value also decreases due to the lack of resistance to pressing the end of the pile into the soil.

Известна также винтовая свая по патенту JPH 10280403, 1998 г., которая выполнена в виде трубы, снабженной лопатками, расположенными на ее стволе попарно диаметрально-противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола. Постоянный наклон лопаток и винтовой лопасти в свае, предложенной в патенте, обеспечивает легкое закручивание сваи формирующейся спиралью из лопаток.Also known screw pile according to the patent JPH 10280403, 1998, which is made in the form of a pipe equipped with blades located on its trunk in pairs diametrically opposite with an inclination to a horizontal plane in the direction of rotation of the barrel. The constant inclination of the blades and the helical blades in the pile, proposed in the patent, provides easy twisting of the pile with a spiral formed from the blades.

Недостатком данной конструкции является слабое укрепление стенок скважины вокруг ствола сваи. Несмотря на то, что при ввинчивании трубы в грунт стенки грунтового отверстия уплотняются, их несущая способность, особенно в слабонесущих грунтах или грунтах обводненных, недостаточна для обеспечения позиционной устойчивости бетонного столба. Возможна деформация бетонного столба в продольном направлении за счет сдвиговых смещений пластов слабонесущего грунта, что негативно сказывается на несущей способности самой сваи.The disadvantage of this design is the weak strengthening of the walls of the borehole around the pile shaft. Despite the fact that when the pipe is screwed into the soil, the walls of the soil hole are compacted, their bearing capacity, especially in weakly bearing soils or watered soils, is insufficient to ensure the positional stability of the concrete column. Possible deformation of the concrete column in the longitudinal direction due to shear displacements of the layers of weakly bearing soil, which negatively affects the bearing capacity of the pile itself.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции сваи можно считать решение по патенту CN 201826304, 2011 г., где предложена буровинтовая свая в виде ствола с конусным наконечником, снабженная винтовой лопастью со стороны нижнего торца и лопатками разной ширины, которые расположены на стволе попарно диаметрально-противоположно с углом наклона к горизонтальной плоскости, равным углу наклона лопасти.The closest technical solution to the proposed design of piles can be considered the solution according to patent CN 201826304, 2011, where a drill screw pile in the form of a barrel with a conical tip is proposed, equipped with a screw blade from the side of the lower end and blades of different widths, which are located on the shaft in pairs diametrically opposite with an angle of inclination to a horizontal plane equal to the angle of inclination of the blade.

Такая конструкция также обеспечивает легкое закручивание сваи формирующейся спиралью из лопаток, но не решает задачу уплотнения грунта вокруг ствола.This design also provides easy twisting of the piles with a forming spiral of blades, but does not solve the problem of compaction of soil around the trunk.

Задачей предлагаемого решения является повышение эксплуатационной надежности сваи и несущей способности сваи за счет формирования вокруг ствола надежной защитной рубашки.The objective of the proposed solution is to increase the operational reliability of the piles and the bearing capacity of the piles due to the formation of a reliable protective shirt around the trunk.

Для решения поставленной задачи предложены изменения в конструкции сваи.To solve this problem, proposed changes in the design of piles.

В предлагаемой буровинтовой свае, которая выполнена в виде ствола с конусным наконечником и снабжена винтовой лопастью со стороны нижнего торца и лопатками разной ширины, расположенными на стволе попарно диаметрально-противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости, в отличие от прототипа, лопатки расположены на стволе с шагом, равным шагу винтовой лопасти, а наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом - α, обратным углу наклона винтовой лопасти - β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки - φ₃.In the proposed drill screw pile, which is made in the form of a barrel with a tapered tip and is equipped with a screw blade from the side of the lower end and blades of different widths located on the barrel in pairs diametrically opposite with an inclination to the horizontal plane, in contrast to the prototype, the blades are located on the barrel with a pitch equal to the pitch of the screw blade, and the inclination of the blades to the horizontal plane is made at an angle α, the inverse angle of inclination of the screw blade β, and not exceeding the angle of internal friction of the sand backfill - φ ₃ .

При этом лопатки на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности стволаIn this case, the blades in the section of the barrel from the tip to half the length of the barrel have a width of at least 1/8 of the difference between the diameters of the borehole and the barrel, higher from the middle of the barrel to the liner of at least 1/4 of the difference in diameter of the borehole and the barrel, and the length of the blade is at least 1/4 barrel circumference

Предложенные конструктивные отличия обеспечивают другой эффект при работе заявленной сваи. При закручивании сваи в грунт реакция грунта на винтовую лопасть - R₂ и лопатки - R₁ противоположна по направлению, так как угол наклона лопаток - α противоположен углу наклона винтовой лопасти - β. Благодаря этому при вращении сваи за счет винтовой лопасти свая врезается в грунт и за счет вертикальной составляющей от R₁ погружается в грунт. При этом лопатки - с другим углом наклона - а принудительно задавливают сухую смесь вдоль ствола за счет реакции лопатки при вращении (фиг. 1, 2, 3). Таким образом, заявляемые лопатки не способствуют легкому закручиванию свай в грунт, а, наоборот, берут на себя часть осевого усилия буровой. При погружении сваи в массив грунта вращением винтового наконечника происходит затягивание ранее засыпанного в скважину цемента вокруг ствола сваи, за счет которого и формируется защитная рубашка вокруг ствола. При этом за счет лопаток большего размера в верхней части ствола создается дополнительное давление на сухую цементно-песчаную смесь, засыпаемую в скважину в процессе закручивания сваи, которое передается на забой и стенки скважины. В результате при достижении сваей проектной глубины вокруг ствола сваи от винтовой лопасти до середины образуется рубашка из цементо-грунта, а выше из цементно-песчаной смеси, предохраняющая ствол от коррозии причем на уровне забоя лидерной скважины формируется уширение из вдавленного лопатками в грунт цементно-песчаного раствора. Это позволяет значительно повысить несущую способность сваи, а также сократить длину армирующего элемента - только в верхней части сваи - для соединения с ростверком, т.к. защищенный металл ствола сваи является ее надежным армированием.The proposed design differences provide a different effect when the declared pile is used. When the pile is twisted into the soil, the reaction of the soil to the screw blade - R ₂ and the blade - R _{1 is} opposite in direction, since the angle of inclination of the blades - α is opposite to the angle of inclination of the screw blade - β. Due to this, during the rotation of the pile due to the helical blade, the pile cuts into the soil and, due to the vertical component from R _1, plunges into the soil. In this case, the blades - with a different angle of inclination - and forcefully crush the dry mixture along the barrel due to the reaction of the blade during rotation (Fig. 1, 2, 3). Thus, the inventive blades do not contribute to the easy twisting of piles into the ground, but, on the contrary, take on part of the axial force of the drilling. When the pile is immersed in the soil mass by rotation of the screw tip, the cement previously poured into the borehole is pulled around the pile shaft, due to which a protective shirt is formed around the shaft. At the same time, due to the larger blades in the upper part of the barrel, additional pressure is created on the dry cement-sand mixture, which is poured into the well in the process of twisting the piles, which is transmitted to the bottom and walls of the well. As a result, when the pile reaches the design depth around the pile shaft from the helical blade to the middle, a shirt of cement-soil is formed, and above it is made of cement-sand mixture, which protects the trunk from corrosion, and at the bottom of the leader well, a broadening is formed from cement-sand pressed into the soil by the shoulder blades solution. This can significantly increase the bearing capacity of the piles, as well as reduce the length of the reinforcing element - only in the upper part of the pile - for connection with the grillage, because the protected metal of the pile shaft is its reliable reinforcement.

За счет разности в ширине лопаток формируется уширение скважины, чем больше разница между шириной верхних и нижних лопаток, тем больше площадь уширения и выше несущая способность по грунту.Due to the difference in the width of the blades, a broadening of the well is formed, the larger the difference between the width of the upper and lower blades, the larger the broadening area and the higher the bearing capacity on the ground.

Предлагаемая свая и способ ее установки поясняются рисунками, где показаны:The proposed pile and method of installation are illustrated by drawings, which show:

Фиг. 1 - конструкция сваи,FIG. 1 - construction of piles,

Фиг. 2 - поперечный разрез сваи по А-А,FIG. 2 is a transverse section of a pile along AA

Фиг. 3 - поперечный разрез сваи по Б-Б,FIG. 3 is a transverse section of the pile on BB,

Фиг. 4-8 - последовательность операций при установке сваи.FIG. 4-8 - the sequence of operations when installing piles.

Предлагаемая буровинтовая свая (фиг. 1-3) содержит ствол 1, на нижнем торце которого расположен конусный наконечник 2 с винтовой лопастью 3., а на верхнем торце выполнен хвостовик 4. На поверхности ствола имеются лопатки 5 и 6, которые размещены попарно диаметрально противоположно с наклоном к горизонтальной плоскости по направлению вращения ствола и с шагом, равным шагу винтовой лопасти. При этом наклон лопаток к горизонтальной плоскости выполнен под углом - α, обратным углу наклона винтовой лопасти - β, и не превышающим угол внутреннего трения песка засыпки - φ₃.The proposed drill screw pile (Fig. 1-3) contains a barrel 1, at the lower end of which there is a conical tip 2 with a screw blade 3., and a shank 4 is made at the upper end 4. On the surface of the barrel there are blades 5 and 6, which are placed diametrically opposed in pairs with an inclination to a horizontal plane in the direction of rotation of the barrel and with a step equal to the pitch of a helical blade. Moreover, the inclination of the blades to the horizontal plane is made at an angle - α, the inverse angle of inclination of the screw blade - β, and not exceeding the angle of internal friction of the sand backfill - φ ₃ .

Кроме того лопатки 5 на участке ствола от наконечника до половины длины ствола имеют ширину не менее 1/8 от разности диаметров скважины и ствола, лопатки 6 выше от середины ствола до хвостовика не менее 1/4 от разности диаметров скважины и ствола, а длина каждой лопатки составляет не менее 1/4 длины окружности ствола.In addition, the blades 5 in the section of the barrel from the tip to half the length of the barrel have a width of at least 1/8 of the difference between the diameters of the borehole and the barrel, the blades 6 above from the middle of the barrel to the liner of at least 1/4 of the difference in diameter of the borehole and the barrel, and each the scapula is at least 1/4 of the circumference of the barrel.

Установка предлагаемой сваи в скважину осуществляется следующим образом.Installation of the proposed piles in the well is as follows.

Сначала производится лидерное бурение скважины, например, шнековым буром 7 (фиг. 4), диаметр которого равен диаметру винтового наконечника сваи, таким образом, диаметр лидерной скважины d_скв больше диаметра ствола d_ств и равен диаметру винтовой лопасти сваи. Лидерное бурение производят на глубину, не менее половины длины сваи. За счет лидерного бурения верхнего слоя грунта, включая техногенный слой, представленный валунами, строительным мусором и т.п., обеспечивается точность погружения сваи с минимальным отклонением от оси в плане.First, leader drilling of a well is carried out, for example, with a screw drill 7 (Fig. 4), the diameter of which is equal to the diameter of the screw tip of the pile, thus the diameter of the leader well d _{well is} larger than the diameter of the barrel d of the _shaft and is equal to the diameter of the screw blade of the pile. Leader drilling is carried out to a depth of not less than half the length of the pile. Due to leader drilling of the upper soil layer, including the technogenic layer represented by boulders, construction debris, etc., the accuracy of pile immersion is ensured with a minimum deviation from the axis in the plan.

Далее в лидерную скважину 8 производят засыпку цемента 9 и опускают в скважину сваю (фиг. 5). Сваю закручивают в грунт, и одновременно сверху в зазор между стволом сваи и стенками скважины засыпают сухую цементно-песчаную смесь 10 (фиг. 6).Next, cement 9 is filled into the leader well 8 and the pile is lowered into the well (Fig. 5). The pile is twisted into the soil, and at the same time, a dry cement-sand mixture 10 is poured into the gap between the pile shaft and the walls of the well at the top of the gap (Fig. 6).

При вращении винтового наконечника и сваи с лопатками за счет лопаток 5, расположенных на нижней части ствола, происходит затягивание вниз ранее засыпанного в скважину цемента с образованием цементно-грунтовой смеси. Эта смесь формируется вокруг ствола сваи и образует после твердения смеси защитную рубашку 11, предохраняющую ствол от коррозии. Кроме того, это повышает несущую способность сваи и в совокупности улучшает эксплуатационные характеристики сваи.When the screw tip and piles with blades rotate due to the blades 5 located on the lower part of the trunk, the cement previously poured into the well is pulled down to form a cement-soil mixture. This mixture is formed around the pile shaft and forms a protective jacket 11 after hardening the mixture, which protects the shaft from corrosion. In addition, it increases the bearing capacity of the piles and together improves the operational characteristics of the piles.

Одновременно за счет лопаток 6 большего размера в верхней части ствола создается дополнительное давление на сухую цементно-песчаную смесь 10, засыпаемую в скважину в процессе закручивания сваи, которое передается на забой и стенки скважины (фиг. 7). В результате при достижении сваей проектной глубины вокруг ствола сваи от винтовой лопасти до середины образуется рубашка из цементо-грунта 11, а выше из цементно-песчаной смеси, предохраняющая ствол от коррозии, причем на уровне забоя лидерной скважины формируется уширение 12 из вдавленного лопатками в грунт цементно-песчаного раствора. Это позволяет повысить несущую способность сваи, а также сократить длину армирующего элемента 13 - только в верхней части сваи для соединения с ростверком (фиг. 8), т.к. защищенный металл ствола сваи является ее надежным армированием. Далее производится армирование головы сваи - 13 и закачка бетона 14 в ствол сваи.At the same time, due to the larger blades 6, additional pressure is created in the upper part of the wellbore on the dry cement-sand mixture 10, which is poured into the well in the process of twisting the pile, which is transmitted to the bottom and walls of the well (Fig. 7). As a result, when the pile reaches the design depth around the pile shaft from the helical blade to the middle, a shirt of cement-soil 11 is formed, and above it is made of cement-sand mixture, which protects the shaft from corrosion, and at the bottom of the leader hole, a broadening 12 is formed from the blades pressed into the soil cement-sand mortar. This allows you to increase the bearing capacity of the piles, as well as reduce the length of the reinforcing element 13 - only in the upper part of the piles for connection with grillage (Fig. 8), the protected metal of the pile shaft is its reliable reinforcement. Next, reinforcement of the pile head - 13 and the injection of concrete 14 into the pile shaft is performed.

Лопатки имеют различную ширину в верхней и нижней частях, в верхней части они в 2 раза шире, т.к. обеспечивают уплотнение цементно-песчаной смеси и формирование уширения на забое скважины, в нижней части они обеспечивают цементацию контактного слоя ствола сваи с грунтом, поэтому они в 2 раза уже, за счет этой разности и формируется уширение скважины, чем больше разница между шириной верхних и нижних лопаток тем больше площадь уширения и выше несущая способность по грунту. Как показала практика, именно предлагаемое в заявке соотношение размеров лопаток в верхней и нижней частях ствола обеспечивает эффективность решения заданной задачи.The blades have different widths in the upper and lower parts, in the upper part they are 2 times wider, because provide compaction of the cement-sand mixture and the formation of broadening at the bottom of the well, in the lower part they provide cementation of the contact layer of the pile shaft with soil, therefore they are 2 times narrower due to this difference and the broadening of the well is formed, the greater the difference between the width of the upper and lower blades the larger the broadening area and the higher the bearing capacity on the ground. As practice has shown, it is the ratio of the size of the blades in the upper and lower parts of the barrel that is proposed in the application that ensures the effectiveness of solving a given problem.

Таким образом, предлагаемая конструкция сваи позволяет улучшить эксплуатационные характеристики сваи: повышение надежности и несущей способности сваи на вдавливающую вертикальную нагрузку в 1.5-2.0 раза. Повышается также несущая способность сваи на действие горизонтальной нагрузки, т.к. площадь реактивного отпора грунта при горизонтальной нагрузке возрастает пропорционально увеличению диаметра с d_ств до d_скв.Thus, the proposed design of the piles can improve the operational characteristics of the piles: increasing the reliability and bearing capacity of the piles for pressing vertical load in 1.5-2.0 times. The bearing capacity of the pile on the effect of horizontal load also increases, since the area of reactive soil _rejection at horizontal load increases in proportion to the increase in diameter from d _st to d _well .

Claims

1. Bore-screw pile in the form of a barrel with a tapered tip, equipped with a screw blade from the side of the lower end and blades of different widths located on the barrel in pairs diametrically opposite with an inclination to the horizontal plane in the direction of rotation of the barrel, characterized in that the blades are located on the barrel in increments equal to the pitch of the screw blade, and the inclination of the blades to the horizontal plane is made at an angle α, the inverse angle of inclination of the screw blade β, and not exceeding the angle of internal friction of the sand backfill - φ ₃ .

2. Drill pile according to claim 1, characterized in that the blades in the section of the barrel from the tip to half the length of the barrel have a width of not less than 1/8 of the difference between the diameters of the well and the barrel, higher from the middle of the barrel to the liner of not less than 1/4 of the difference the diameters of the borehole and the barrel, and the length of the blade is at least 1/4 of the circumference of the barrel.