RU205047U1

RU205047U1 - COMPOSITE ANTI-COOL PIL

Info

Publication number: RU205047U1
Application number: RU2021102124U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Бояринцев
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Полезная модель относится к строительству объектов нефтегазовых и иных трубопроводов, опор контактной сети, опор линий электропередач и иных объектов инфраструктуры, а также зданий и сооружений на территориях, характеризующихся явлением морозного пучения грунтов. Сущность: противопучинная свая выполнена из трубы, которая включает первый участок, предназначенный для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, и второй участок, предназначенный для размещения на глубину промерзания грунта, причем первый участок трубы содержит неровности. Труба выполнена из полимерного композитного материала, а неровности первого участка трубы представлены в виде отклонений ее радиальных размеров. Труба может иметь круглое или эллиптическое поперечное сечение и состоять, по меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой посредством клея и муфты меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых труб. Полость трубы может быть заполнена тяжелым бетоном, легким бетоном или ячеистым бетоном, цементно-песчаным раствором или цементно-песчаной смесью, а материал заполнения трубы может быть армирован стержневой арматурой. Технический результат - улучшение анкерующих свойств сваи при одновременном повышении ее коррозионной стойкости, что позволяет увеличить срок службы сооружений, воздвигнутых на фундаментах с применением указанной сваи. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the construction of oil and gas and other pipelines, contact network supports, power line supports and other infrastructure facilities, as well as buildings and structures in areas characterized by the phenomenon of frost heaving of soils. Essence: an anti-pile pile is made of a pipe, which includes a first section intended for immersion in soil layers not subject to seasonal freezing, and a second section intended for placement at a depth of soil freezing, and the first section of the pipe contains irregularities. The pipe is made of a polymer composite material, and the irregularities of the first section of the pipe are presented in the form of deviations of its radial dimensions. The pipe can have a circular or elliptical cross-section and consist of at least two parts connected by means of glue and a sleeve of a smaller diameter inserted equal length into each of the pipes to be connected. The pipe cavity can be filled with heavy concrete, lightweight concrete or aerated concrete, cement-sand mortar or cement-sand mixture, and the pipe filling material can be reinforced with rods. The technical result is to improve the anchoring properties of the pile while increasing its corrosion resistance, which makes it possible to increase the service life of structures erected on foundations using said pile. 9 p.p. f-ly, 2 dwg

Description

Полезная модель относится к строительству объектов нефтегазовых и иных трубопроводов, опор контактной сети, опор линий электропередач и иных объектов инфраструктуры, а также зданий и сооружений на территориях, характеризующихся явлением морозного пучения грунтов.The utility model relates to the construction of oil and gas and other pipelines, contact network supports, power line supports and other infrastructure facilities, as well as buildings and structures in areas characterized by the phenomenon of frost heaving of soils.

Фундаменты легких сооружений, таких как трубопроводы, опоры контактной сети, опоры линий электропередач и другое, в зимний период испытывают деформации вследствие воздействия пучащегося грунта вокруг фундамента. Данные деформации в зависимости от интенсивности пучения могут достигать больших значений и приводить к выходу сооружения из работоспособного состояния. Для борьбы с воздействием пучащегося грунта разработано множество эффективных способов, среди которых наибольшее распространение получили уменьшение сил смерзания материала фундамента и мерзлого грунта в зоне воздействия сил пучения и выполнение анкерующих устройств в зоне, не подверженной промерзанию. Оба указанных способа принимаются за основу при создании свай, обладающих противопучинными свойствами, так называемых противопучинных свай.Foundations of lightweight structures, such as pipelines, overhead contact network supports, power line supports and others, experience deformation in winter due to the impact of heaving soil around the foundation. These deformations, depending on the heaving intensity, can reach large values and lead to the exit of the structure from an operational state. To combat the impact of heaving soil, many effective methods have been developed, among which the most widespread are the reduction of the freezing forces of the foundation material and frozen soil in the zone of influence of heaving forces and the implementation of anchoring devices in the zone not subject to freezing. Both of these methods are taken as the basis for creating piles with anti-heath properties, the so-called anti-heath piles.

Известна свая, содержащая полую трубу, выполненную из полимерного композитного материала (см. Михалдыкин Е.С. Опыт применения полимерных свай - http://fc-union.com/wp-content/uploads/2018/06/3-Opyt-primeneniy-plolimernyh-svaj-pri-vozvedenii-fundamentov-Mihaldykin-E.S.pdf; Бояринцев А.В. Полимерные и композитные сваи. Мировой и отечественный опыт // ОФМГ. №5 - 2020. - С.22-27).Known pile containing a hollow pipe made of polymer composite material (see Mikhaldykin E.S. Experience in the use of polymer piles - http://fc-union.com/wp-content/uploads/2018/06/3-Opyt-primeneniy -plolimernyh-svaj-pri-vozvedenii-fundamentov-Mihaldykin-ESpdf; Boyarintsev A.V. Polymer and composite piles. World and domestic experience // OFMG. No. 5 - 2020. - P.22-27).

Недостатком данной конструкции сваи являются ее слабые анкерующие свойства, что не позволяет эффективно сопротивляться выдергивающему воздействию сил морозного пучения грунта. В виду этого необходима дополнительная анкеровка сваи в слои грунта, расположенные ниже деятельного слоя, что приведет к перерасходу материала и повышению стоимости конечной продукции.The disadvantage of this pile design is its weak anchoring properties, which does not effectively resist the pulling effect of the forces of frost heaving of the soil. In view of this, additional anchoring of the pile into the soil layers located below the active layer is necessary, which will lead to an overspending of material and an increase in the cost of the final product.

Известна противопучинная свая, выполненная из стальной трубы, наружная поверхность срединной части ствола которой покрыта полимерным термоусадочным материалом, жестко закрепленным на свае. В качестве полимерного термоусадочного материала применяют композитный модифицированный полимер на основе полеолефинов с добавками на основе полиэтилена, обладающего свойством термоусадочности. Данное покрытие изначально обладает диаметром большим диаметра сваи на 10-15% и под воздействием температуры значением около 120°С усаживается, облегая тело сваи (см. патент РФ №89541, E02D 5/60, E02D 27/35). Таким образом, можно говорить о том, что термоусадочный материал позволяет сформировать два участка длины сваи: первый (анкерный), предназначенный для восприятия выдергивающего воздействия сил морозного пучения, и второй (противопучинный), предназначенный для уменьшения интенсивности воздействия сил пучения за счет уменьшения сил смерзания промерзающего грунта и поверхности сваи.Known anti-pile pile made of a steel pipe, the outer surface of the middle part of the trunk of which is covered with a polymeric heat-shrinkable material, rigidly fixed to the pile. A composite modified polymer based on polyolefins with additives based on polyethylene with the property of heat shrinkage is used as a polymer heat-shrinkable material. This coating initially has a diameter of a larger pile diameter by 10-15% and, under the influence of a temperature of about 120 ° C, shrinks, hugging the body of the pile (see RF patent No. 89541, E02D 5/60, E02D 27/35). Thus, we can say that the heat-shrinkable material makes it possible to form two sections of the pile length: the first (anchor), designed to perceive the pulling effect of frost heaving forces, and the second (anti-heaving), designed to reduce the intensity of the heaving forces by reducing the freezing forces freezing soil and pile surfaces.

Недостатком известной конструкции является ее низкая коррозионная стойкость, обусловленная термодинамической неустойчивостью стали к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности. Коррозия может развиваться на непокрытых оболочкой участках сваи, а также под оболочкой при попадании влаги в микрозазоры с поверхностью сваи, которые образуются в местах наличия сварных швов, неровностей или механических отложений, изменяющих форму поперечного сечения. Также, нанесение дополнительного полимерного покрытия повышает трудоемкость изготовления свай, а сам рукав может быть сорван с тела сваи в процессе эксплуатации или монтаже из-за нарушений адгезии полимера рукава и материала сваи.The disadvantage of the known design is its low corrosion resistance, due to the thermodynamic instability of steel to water, air, and salt solutions contained in the soil, as well as on its surface. Corrosion can develop on uncoated pile areas, as well as under the shell when moisture enters the micro-gaps with the pile surface, which are formed in places where there are welds, irregularities or mechanical deposits that change the shape of the cross-section. Also, the application of an additional polymer coating increases the labor intensity of pile manufacturing, and the sleeve itself can be torn off the pile body during operation or installation due to violations of the adhesion of the sleeve polymer and the pile material.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является стальная противопучинная свая, содержащая полую трубу, которая включает первый участок, предназначенный для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, и второй участок, предназначенный для размещения на глубину промерзания грунта. Причем первый более широкий участок ствола снабжен продольными лопастями, а второй участок ствола выполнен в виде многогранной усеченной пирамиды сужающейся к верху и соединен крепежами с первым участком ствола (см. патент РФ №181501, E02D 5/48, E02D 5/52, E02D 5/54).The closest analogue to the claimed utility model is a steel anti-pile pile containing a hollow pipe, which includes a first section intended for immersion in soil layers not susceptible to seasonal freezing, and a second section intended for placement at a depth of soil freezing. Moreover, the first wider section of the trunk is equipped with longitudinal blades, and the second section of the trunk is made in the form of a multifaceted truncated pyramid tapering towards the top and is connected by fasteners with the first section of the trunk (see RF patent No. 181501, E02D 5/48, E02D 5/52, E02D 5 / 54).

Недостатком данной конструкции сваи является низкая коррозионная стойкость ее материала, обусловленная термодинамической неустойчивостью стали к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности. Кроме того, процесс изготовления данной конструкции сваи весьма трудоемок, а масса готовой сваи обладает высоким значением, что приводит к увеличению сроков ее изготовления, а также повышению стоимости конечной продукции.The disadvantage of this pile design is the low corrosion resistance of its material, due to the thermodynamic instability of steel to water, air, and salt solutions contained in the soil, as well as on its surface. In addition, the manufacturing process of this pile structure is very laborious, and the mass of the finished pile has a high value, which leads to an increase in its production time, as well as an increase in the cost of the final product.

Техническая проблема известных решений заключается с одной стороны в слабых анкерующих свойствах противопучинной полимерной сваи, а с другой - в низкой коррозионной стойкости стальных свай, что приводит во всех случаях к сокращению срока службы сооружений, воздвигнутых на фундаментах с применением данных свай.The technical problem of the known solutions is, on the one hand, in the weak anchoring properties of the anti-buckling polymer pile, and on the other hand, in the low corrosion resistance of steel piles, which in all cases leads to a reduction in the service life of structures erected on foundations using these piles.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что противопучинная свая выполнена из трубы, которая включает первый участок, предназначенный для погружения в неподверженные сезонному промерзанию слои грунта, и второй участок, предназначенный для размещения на глубину промерзания грунта, причем первый участок трубы содержит неровности. Труба выполнена из полимерного композитного материала, а неровности первого участка трубы представлены в виде отклонений ее радиальных размеров. Труба может иметь круглое или эллиптическое поперечное сечение и состоять, по меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой посредством клея и муфты меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых труб. Кроме того, полость трубы может быть заполнена тяжелым бетоном, легким бетоном или ячеистым бетоном, цементно-песчаным раствором или цементно-песчаной смесью, а материал заполнения трубы может быть армирован стержневой арматурой.The essence of the claimed utility model lies in the fact that the anti-pile pile is made of a pipe, which includes a first section intended for immersion in soil layers not susceptible to seasonal freezing, and a second section intended for placement at a depth of soil freezing, and the first section of the pipe contains irregularities. The pipe is made of a polymer composite material, and the irregularities of the first section of the pipe are presented in the form of deviations of its radial dimensions. The pipe can have a circular or elliptical cross-section and consist of at least two parts connected by means of glue and a sleeve of a smaller diameter, inserted equal length into each of the pipes to be connected. In addition, the pipe cavity can be filled with heavy concrete, lightweight concrete or aerated concrete, cement-sand mortar or cement-sand mixture, and the pipe filling material can be reinforced with rods.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемой полезной моделью, заключается в улучшении анкерующих свойств сваи при одновременном повышении ее коррозионной стойкости за счет более эффективного зацепления частичек грунта с выступами неровностей поверхности сваи, тем самым повышая сопротивление сваи выдергиванию, и за счет термодинамически устойчивого полимерного композитного материала сваи к воздействию воды, воздуха, а также соляных растворов, содержащихся в грунте и у его поверхности соответственно. Это позволяет увеличить срок службы сооружений, воздвигнутых на фундаментах с применением заявляемой сваи. Кроме того, снижена трудоемкость ее изготовления в виду того, что композитный материал изначально обладает противопучинными свойствами, и нет необходимости наносить на его поверхность второго, противопучинного, участка дополнительные средства защиты. А значение массы готовой конструкции ниже массы стали за счет малого веса компонентов композита, при сохранении значения прочностных характеристик подобных характеристикам стали.The technical result provided by the claimed utility model is to improve the anchoring properties of the pile while increasing its corrosion resistance due to the more effective engagement of soil particles with the protrusions of the irregularities of the pile surface, thereby increasing the resistance of the pile to pulling out, and due to the thermodynamically stable polymer composite material of the pile to exposure to water, air, and salt solutions contained in the soil and at its surface, respectively. This allows you to increase the service life of structures erected on foundations using the claimed pile. In addition, the labor intensity of its manufacture has been reduced in view of the fact that the composite material initially possesses anti-heath properties, and there is no need to apply additional means of protection to its surface of the second, anti-heath, section. And the value of the mass of the finished structure is lower than the mass of steel due to the low weight of the composite components, while maintaining the value of strength characteristics similar to those of steel.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 схематично изображена свая в грунте, общий вид с вариантами форм поперечного разреза;in fig. 1 schematically shows a pile in the ground, general view with variants of cross-sectional shapes;

на фиг. 2. - составная свая в грунте с заполненной полостью, общий вид с вариантами форм поперечного разреза и поперечным разрезом места соединения труб.in fig. 2. - a composite pile in the ground with a filled cavity, general view with variants of cross-sectional shapes and a cross-section of the pipe junction.

Противопучинная свая представляет собой полую трубу 1 с круглым или эллиптическим поперечным сечением, выполненную из полимерного композита. Труба 1 включает первый, или анкерный, участок 2 соприкосновения сваи со слоями грунта 3, не подверженными сезонному промерзанию, и второй, или противопучинный, участок 4 соприкосновения сваи с сезонномерзлыми грунтам 5. Первый участок 2 трубы 1 содержит неровности 6, представленные в виде отклонений ее радиальных размеров. Длина анкерного участка 2 принимается так, чтобы обеспечить достаточную анкеровку конструкции в грунте 3, для восприятия выдергивающих сил морозного пучения. Длина противопучинного участка 4 зависит от глубины 7 промерзания грунта 5 на площадке строительства (фиг. 1). Полая труба 1 может быть выполнена составной, длина которой набрана инвентарными композитными трубами определенной длины. Причем труба 1 может состоять, по меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой посредством клея 8 и муфты 9 меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых труб. Полость трубы 1 может быть выполнена с заполнителем 10 для повышения жесткости, например, тяжелым бетоном, легким бетоном или ячеистым бетоном, цементно-песчаным раствором или цементно-песчаной смесью, а материал заполнения 10 трубы может быть армирован стержневой арматурой (фиг. 2). Повышение грубости наружной поверхности сваи на первом ее участке и сохранение поверхности композита гладкой на втором участке формируют разделение сваи на анкерный и противопучинный участки, что придает ей анкерные и противопучинные свойства.The anti-bump pile is a hollow pipe 1 with a circular or elliptical cross-section made of a polymer composite. Pipe 1 includes the first, or anchor, section 2 of contact of the pile with soil layers 3 that are not subject to seasonal freezing, and the second, or anti-pile, section 4 of contact of the pile with seasonally frozen soils 5. The first section 2 of pipe 1 contains irregularities 6, presented as deviations its radial dimensions. The length of the anchoring section 2 is taken so as to provide sufficient anchoring of the structure in the soil 3 for the perception of the pulling forces of frost heaving. The length of the bulging section 4 depends on the depth 7 of freezing of the soil 5 at the construction site (Fig. 1). Hollow pipe 1 can be made of composite, the length of which is recruited with inventory composite pipes of a certain length. Moreover, the pipe 1 can consist of at least two parts connected to each other by means of glue 8 and a sleeve 9 of a smaller diameter, inserted to an equal length in each of the pipes to be connected. The cavity of the pipe 1 can be made with filler 10 to increase rigidity, for example, heavy concrete, lightweight concrete or cellular concrete, cement-sand mortar or cement-sand mixture, and the filling material 10 of the pipe can be reinforced with bar reinforcement (Fig. 2). Increasing the roughness of the outer surface of the pile in its first section and keeping the surface of the composite smooth in the second section form the division of the pile into anchor and anti-heath sections, which gives it anchor and anti-burial properties.

Взаимодействие заявляемой полезной модели с грунтом осуществляется следующим образом.The interaction of the claimed utility model with the soil is carried out as follows.

Сваю, содержащую полую трубу 1 круглого или эллиптического сечения из полимерного композитного материала, погружают в грунт, подверженный сезонному промерзанию. Свая 1 может быть выполнена составной и содержать, по меньшей мере, две части, соединенные между собой посредством клея 8 и муфты 9 меньшего диаметра, заведенной на равную длину в каждую из соединяемых труб. Полость трубы 1 может быть выполнена с заполнителем 10 для повышения жесткости, например, тяжелым бетоном, легким бетоном или ячеистым бетоном, цементно-песчаным раствором или цементно-песчаной смесью, а материал заполнения 10 трубы 1 может быть армирован стержневой арматурой. Первый, анкерный, участок 2 трубы 1, содержащий неровности 6, представленные в виде отклонений ее радиальных размеров, размещают в слои грунта 3, неподверженные сезонному промерзанию. Противопучинный участок 4 трубы 1 размещают на глубину 7 промерзания грунта 5. При увеличении грунта 5 в объеме вследствие его промерзания на поверхности соприкосновения пучащегося грунта 5 и второго участка 4 сваи 1 возникают касательные силы морозного пучения. При этом из-за низкой шероховатости поверхности второго участка 4 трубы 1, обусловленной технологией изготовления композитных полимерных труб, интенсивность данного воздействия снижается. Оставшееся выдергивающее действие касательных сил морозного пучения воспринимается первым, анкерным, участком 2 сваи 1, выполненным с неровностями в виде отклонений ее радиальных размеров, по всей длине которого на границе сваи 1 и грунта 3 возникают силы трения, направленные в сторону, противоположную стороне действия касательных сил морозного пучения на втором, противопучинном, участке 4. При этом неровности 6 поверхности анкерного участка 2 сваи 1 обеспечивают более эффективное зацепление частичек грунта с выступами неровностей 6, тем самым повышая сопротивление сваи 1 выдергиванию. Кроме того, полимерный композитный материал обладает термодинамической устойчивостью к воздействию воды, воздуха и соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности, что позволяет повысить стойкой сваи к коррозионным процессам.A pile containing a hollow pipe 1 of circular or elliptical cross-section made of polymer composite material is immersed in soil subject to seasonal freezing. The pile 1 can be made composite and contain at least two parts connected to each other by means of glue 8 and a sleeve 9 of a smaller diameter, inserted equal length into each of the pipes to be connected. The cavity of the pipe 1 can be made with filler 10 to increase rigidity, for example, heavy concrete, lightweight concrete or cellular concrete, cement-sand mortar or cement-sand mixture, and the filling material 10 of the pipe 1 can be reinforced with bar reinforcement. The first, anchor, section 2 of the pipe 1, containing irregularities 6, presented in the form of deviations of its radial dimensions, are placed in soil layers 3 that are not subject to seasonal freezing. The anti-heaving section 4 of the pipe 1 is placed at a depth of 7 freezing of the soil 5. When the soil 5 increases in volume due to its freezing on the contact surface of the heaving soil 5 and the second section 4 of the pile 1, tangential forces of frost heaving arise. In this case, due to the low surface roughness of the second section 4 of the pipe 1, due to the technology of manufacturing composite polymer pipes, the intensity of this effect is reduced. The remaining pulling action of the tangential forces of frost heaving is perceived by the first, anchor, section 2 of pile 1, made with irregularities in the form of deviations of its radial dimensions, along the entire length of which, at the border of pile 1 and soil 3, friction forces arise, directed in the direction opposite to the side of the action of the tangents frost heaving forces on the second, anti-heaving, section 4. In this case, the unevenness 6 of the surface of the anchor section 2 of the pile 1 provide more effective engagement of soil particles with the protrusions of the unevenness 6, thereby increasing the resistance of the pile 1 to pulling out. In addition, the polymer composite material is thermodynamically resistant to the effects of water, air and salt solutions contained in the soil, as well as on its surface, which makes it possible to increase the resistance of the pile to corrosion processes.

Таким образом, заявляемая противопучинная свая обеспечивает эффективное сопротивление выдергивающему воздействию касательных сил морозного пучения за счет улучшения ее анкерующих свойств при одновременном повышении стойкости сваи к коррозионным процессам за счет термодинамической устойчивости к воздействию воды, воздуха и соляных растворов, содержащихся в грунте, а также на его поверхности. Заявляемая противопучинная свая является легкой за счет специфических свойств полимерных композитных материалов, а также технологичной в виду отсутствия необходимости создания и нанесения дополнительных средств, обеспечивающих снижение интенсивности воздействия касательных сил морозного пучения на сваю.Thus, the inventive anti-pile pile provides effective resistance to the pulling effect of the tangential forces of frost heaving by improving its anchoring properties while increasing the pile's resistance to corrosion processes due to thermodynamic resistance to water, air and salt solutions contained in the soil, as well as to its surface. The inventive anti-heave pile is light due to the specific properties of polymer composite materials, as well as technological in the absence of the need to create and apply additional means to reduce the intensity of the impact of tangential frost heaving forces on the pile.

Claims

1. An anti-bump pile made of a pipe, which includes a first section intended for immersion in soil layers not subject to seasonal freezing, and a second section intended for placement at a depth of soil freezing, and the first section of the pipe contains irregularities, characterized in that the pipe is made of polymer composite material, and the irregularities of the first section of the pipe are presented as deviations of the radial dimensions.

2. Anti-bump pile according to claim 1, characterized in that the pipe has a circular cross-section.

3. Anti-bump pile according to claim 1, characterized in that the pipe has an elliptical cross-section.

4. Anti-heap pile according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the pipe consists of at least two parts connected to each other by means of glue and a coupling of a smaller diameter, inserted equal length into each of the parts to be connected.

5. Anti-heap pile according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the pipe is filled with heavy concrete.

6. Anti-heap pile according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the pipe is filled with lightweight concrete.

7. Anti-heap pile according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the pipe is filled with aerated concrete.

8. Anti-heap pile according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the pipe is filled with a cement-sand mortar.

9. Anti-heap pile according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the pipe is filled with a cement-sand mixture.

10. Anti-bump pile according to any one of claims 5-9, characterized in that the pipe filling material is reinforced with bar reinforcement.