RU2702307C2

RU2702307C2 - Pile

Info

Publication number: RU2702307C2
Application number: RU2017140719A
Authority: RU
Inventors: Давид Михайлович Белый
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-10-07
Also published as: RU2017140719A; RU2017140719A3

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: pile relates to the field of construction, and specifically to the construction of driven piles with widens. Pile consists of a barrel in which transverse recesses are made at different niches. In each niche there is a sliding element with a gap relative to its end face. To extend each element, the pile is equipped with a device made in the form of a helical compression spring installed in the gap. Spring is made from nickel alloy with titanium of nitinol type with effect of thermomechanical shape memory characterized by relay actuation with spring extension at increase of its temperature to preset threshold value. Shaft has an axial blind hole to communicate cavities of all gaps. Each sliding element is equipped with a latch. Springs are electrically connected to each other by means of flexible wires stretched through the hole to the top of the pile with connection of electrical signals to the source.EFFECT: pile is disclosed.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а конкретно - к конструкциям забивных свай с уширениями.The invention relates to the field of construction, and specifically to the construction of driven piles with extensions.

В ряде случаев свайные фундаменты, воспиринимаютие выдергивающие нагрузки, например, при строительстве ЛЭП, радиоантенн, башен, анкерных технологических сооружений / см. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Учеб. пособие для строительных вузов, С.В. Беленький и др. - М.; Высш. школа, 1983, стр. 123 [1]/. Кроме того, распространено сооружение свайных фундаментов в зонах слабых грунтов: или, торфа, заторфованных грунтов, глины и суглинков текучепластической консистенции и т.п. / см. [I], стр. 133/. В этих случаях необходимо искусственно повышать несущую способность свай по грунту основания. С этой целью применяют специальные конструкции свай: сваи с опорным уширением, самораскрывающиеся козловые сваи, веерные сваи, булавовидные сваи и т.д. / см. Т.М. Штоль и др. Технология возведения подземной части зданий и сооружений. Учебн. пособие для вузов. Спец. “Промышл. и гражд. с-во“ - М.: Стройиздат, 1990, стр. 143-146, 156-158 [2]/.In some cases, pile foundations, taking up pulling loads, for example, in the construction of power lines, radio antennas, towers, anchor technological structures / see Design and construction of pile foundations. Textbook allowance for construction universities, S.V. Belenky et al. - M .; Higher School, 1983, p. 123 [1] /. In addition, the construction of pile foundations in areas of weak soils is common: or, peat, peat soils, clay and loamy teucoplastic consistency, etc. / see [I], p. 133 /. In these cases, it is necessary to artificially increase the bearing capacity of piles on the foundation soil. For this purpose, special designs of piles are used: piles with support broadening, self-expanding gantry piles, fan piles, club-shaped piles, etc. / see T.M. Shtol et al. Technology for the construction of the underground part of buildings and structures. Training manual for universities. Specialist. “Industry. and citizen. S-in “- M .: Stroyizdat, 1990, p. 143-146, 156-158 [2] /.

Недостатками всех указанных конструкций является их сложность, трудоемкость процесса забивки, узкие области применения, а также ограниченное повышение несущей способности свай.The disadvantages of all these structures are their complexity, the complexity of the driving process, narrow application areas, as well as a limited increase in the bearing capacity of piles.

Известны конструкции свай с уширениями, основанные на использовании обычных свай с применением специальных расширителей в нижней части.Known designs of piles with broadening, based on the use of conventional piles using special extenders in the lower part.

Например, известны сваи с устройством для расширения площади опоры, включающие прикрепленные к свае накладки и расширитель с фиксатором, прижатый к свае-оболочке при ее погружении, и раскрывающийся только после ее погружения на необходимую глубину по сигналу сверху / см. Гмошинский В.Р. Индустриальные методы возведения свайных фундаментов. Обзор иностранных изобретений. М., 1965, с. 16-17, фиг. 5 [3] /.For example, piles with a device for expanding the support area are known, including pads attached to the pile and an expander with a clamp pressed to the pile sheath when it is immersed and revealed only after it is immersed to the required depth by a signal from above / see Gmoshinsky V.R. Industrial methods of construction of pile foundations. Overview of foreign inventions. M., 1965, p. 16-17, FIG. 5 [3] /.

Известны также сваи, включающие ствол с нишами на разных уровнях с размещенными в них выдвижными элементами, и приспособление для их выдвижения / см. Экспресс-информация "Транспортное строительство за рубежом", №1, M., 1973, c. 23, рис. 13 [4]/; а.с. СССР по заявке №253003/29-33, кл. E02D 5/54, 18.10.77 [5] / причем, выдвижные элементы могут быть обазованы, например, клиньями / см. а.с. СССР №379738, кл. E02D 5/54, 1971 [6] /, либо трубчатым овальным поперечным сечением, расположенными в выполненной по винтовой линии нише /см. а.с. СССР №746038, кл. E02D 5/54, 1978 [7]/.Piles are also known, including a trunk with niches at different levels with retractable elements placed in them, and a device for their extension / see Express information "Transport construction abroad", No. 1, M., 1973, p. 23, fig. 13 [4] /; A.S. USSR on the application No. 253003 / 29-33, class. E02D 5/54, 10/18/77 [5] / moreover, the sliding elements can be obazheni, for example, wedges / see.with. USSR No. 379738, class E02D 5/54, 1971 [6] /, or by a tubular oval cross-section located in a niche / cm made along a helical line. A.S. USSR No. 746038, class E02D 5/54, 1978 [7] /.

Недостатками всех известных устройств является сложность как механизмов управления расширителями сигналами сверху /применение специальных электромеханических, гидравлических, пневматических и т.п. силовых устройств/, так и трудоемкость с самого процесса управления /например, выдвижения без перекосов и заклинивания выдвижных элементов/, значительное дополнительное сопротивление при погружении свай в грунт, недостаточная эффективность повышения несущей способности свай.The disadvantages of all known devices are the complexity of how to control the expanders of signals from above / the use of special electromechanical, hydraulic, pneumatic, etc. power devices /, as well as the laboriousness of the control process / for example, extension without distortions and jamming of the sliding elements /, significant additional resistance when immersing piles in the ground, insufficient efficiency of increasing the bearing capacity of piles.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является свая, содержащая ствол с выполненными в нем на разных уровнях глухими поперечными нишами, в каждой из которые свободно размещен соответствующий выдвижной элемент с зазором относительно торца ниши, и приспособления для выдвижения выдвижных элементов, каждое из которых выполнено в виде размещенных в зазоре емкостей, заполненных химическими веществами, образующими при взаимодействии между собой газ / см. а.с. СССР №703624, кл. E02D 5/54, 1977 [8] /, и принятая за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of essential features is a pile containing a trunk with blind transverse niches made in it at different levels, in each of which a corresponding retractable element with a gap relative to the end of the niche is freely placed, and devices for extending the retractable elements , each of which is made in the form of containers placed in the gap, filled with chemicals that form gas / cm.with. USSR No. 703624, cl. E02D 5/54, 1977 [8] /, and adopted as a prototype.

Недостатками устройства-прототипа являются предельная сложность и низкая технологичность как самой конструкции, так и процесса ее работы, состоящего из многих стадий /операции/: сначала разбития стеклянной капсулы со щелочью под действием инерционных ударных сил, потом растворение щелочью коллоидной оболочки с алюминиевой пудрой, потом осуществление химической реакции взаимодействия этих двух веществ с образованием газа, потом осуществление давления газом на выдвижные элементы, потом сбрасывание излишков газа при заданной величине уширения, и, как следствие - низкая надежность за счет большой вероятности несрабатывания хотя быв одной из стадий процесса и значительная трудоемкость.The disadvantages of the prototype device are the extreme complexity and low manufacturability of both the structure itself and the process of its operation, consisting of many stages / operations /: first, breaking the glass capsule with alkali under the action of inertial shock forces, then dissolving the colloidal shell with aluminum powder with alkali, then the implementation of the chemical reaction of the interaction of these two substances with the formation of gas, then the implementation of gas pressure on the sliding elements, then the discharge of excess gas at a given value extensions, and, as a consequence - the low reliability due to the high probability of failure even though the former one of the process steps and a considerable complexity.

Сущность изобретения заключается в создании конструкции забивной сваи с механизмом ее уширения, после забивки обеспечивающим предельно простое выдвижение ее элементов по сигналу сверху практически автоматически без использования сложных электромеханических, гидравлических или пневматических силовых исполнительных механизмов и осуществления последовательности химических процессов с помощью элементов с особыми физическими свойствами.The essence of the invention is to create a construction of a driven pile with a mechanism for its broadening, after driving it ensures extremely simple extension of its elements by a signal from above almost automatically without using complex electromechanical, hydraulic or pneumatic power actuators and carrying out a sequence of chemical processes using elements with special physical properties.

Технический результат - упрощение конструкции сваи и повышение ее технологичности, снижение трудоемкости процесса забивки сваи и повышение его надежности.The technical result is to simplify the design of piles and increase its manufacturability, reduce the complexity of the process of driving piles and increase its reliability.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной свае, включающей ствол с выполненными в нем на разных уровнях поперечными нишами, в каждой из которых свободно размещен выдвижной элемент с зазором относительно торца ниши, и приспособление для выдвижения данного выдвижного элемента, установленное в соответствующем зазоре, особенность заключается в том, что приспособления для выдвижения каждого из выдвижных элементов выполнено в виде винтовой цилиндрической пружины сжатия, изготовленной из сплава NiTi с эффектом термомеханической памяти формы, характеризующегося релейным срабатыванием с удлинением пружины при повышении ее температуры до заданного порогового значения, в стволе сваи выполнено осевое глухое отверстие, обеспечивающее сообщение полостей всех вышеуказанных зазоров с верхом сваи, при этом все выдвижные элементы снабжены фиксирующими защелками, а все пружины последовательно электрически соединены между собой и подключены с помощью проходящих через осевое отверстие гибких проводов к установленному сверху сваи источнику электрических сигналов.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in a known pile, including a trunk with transverse niches made in it at different levels, in each of which a sliding element with a clearance relative to the end of the niche is freely placed, and a device for extending this sliding element, installed in the corresponding gap, the feature is that the device for extending each of the sliding elements is made in the form of a helical cylindrical compression spring, made and NiTi alloy with the effect of thermomechanical shape memory characterized by relay operation with spring extension when its temperature rises to a predetermined threshold value, an axial blind hole is made in the pile shaft, providing the cavities of all the above gaps with the top of the pile, while all the sliding elements are provided with locking latches, and all the springs are electrically connected in series with each other and connected using flexible wires passing through the axial hole to the top mounted a source of electrical signals.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично на фиг. 1 и фиг. 2 изображены продольные осевые разрезы предлагаемой сваи, соответственно, до и после срабатывания пружин с выдвижными элементами.The invention is illustrated by drawings, where schematically in FIG. 1 and FIG. 2 shows longitudinal axial sections of the proposed pile, respectively, before and after the operation of the springs with retractable elements.

Свая состоит из отвода 1, в котором на различных горизонтальных уровнях выполнены поперечные ниши 2. В каждой из ниш 2 свободно размещен соответствующий выдвижной элемент 3 с зазором 4 относительно торца 5 ниши 2. Для выдвижения каждого элемента 3 свая снабжена специальным приспособлением, выполненным в виде установленной в соответствующем зазоре 4 винтовой цилиндрической пружины сжатия 6, прикрепленной / припаянной / своими концами к торцу выдвижного элемента 3 и торцу 5 ниши 2. При этом пружины 6 изготовлены из сплава нитинол NiTi с эффектом термомеханической памяти формы, относящегося к классу интерметаллических соединений и характеризующегося релейным срабатыванием с удлинением пружины 6 при повышении ее температуры до заданного порогового значения / см. К. Уорден. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение, М., Техносфера, 2006, стр. 94-116 [9] / .В стволе I сваи выполнено осевое глухое отверстие 7, обеспечивающее сообщение полостей всех вышеуказанных зазоров 4 посредством проделанных в торцах 5 ниш 2 отверстий 8 с верхней поверхностью сваи. Каждый выдвижной элемент 3 снабжен фиксирующей защелкой своего выдвинутого из ствола 1 сваи положения после срабатывания, состоящей из подпружиненного штыря 9, введенного заподлицо в тело выдвижного элемента 3 до срабатывания пружины 6, и глухой выемки 10 в теле ствола 1 для захода штыря 9 после срабатывания пружины 6. При этом все пружины 6 последовательно электрически соединены между собой с помощью гибких проводов 11, подпаянных к концам пружин 6 и протянутых через отверстие 8 и 7 на верх сваи с подключением на поверхности источнику электрических сигналов 12. Использование для изготовления пружин 6 с термомеханической памятью формы именно сплава NiTi объясняется его предельно большим восстанавливающим усилием примерно в 100 раз белее высоким, чем у биметаллических пластин, отработанностью процесса производства из данного сплава винтовых цилиндрических пружин, большой величиной восстанавливаемых деформаций, невысокой температурой фазового перехода, то есть порогового значения температуры срабатывания /от -200 до +100°С/, невысокой электрической проводимостью, обеспечивающей изменение формы при нагревании путем пропускания электрического тока через пружины /см. [9], стр. 102 и стр. 108/. Все эти качества сплава NiTi чрезвычайно удачно подходят для предлагаемого устройства, где срабатывающие пружины работают в качестве прямого силового привода, то есть должны силовым воздействием вводить выдвижные элементы 3 в рыхлый грунт, где выбрано пороговое значение температуры нагревания пружин порядка +80-90°С до такой температуры пружины 6, с одной стороны, легко и быстро нагреваются, а с другой стороны - сама по себе такая температура без искусственного нагрева в почве не возникает, что предотвращает случайное срабатывание устройства.The pile consists of a branch 1, in which transverse niches 2 are made at different horizontal levels. Each of the niches 2 is freely positioned with a corresponding sliding element 3 with a gap 4 relative to the end face 5 of the niche 2. For the extension of each element 3, the pile is equipped with a special device made in the form installed in the corresponding gap 4, a coil compression coil spring 6, attached / soldered / with its ends to the end of the drawer 3 and the end 5 of the niche 2. In this case, the springs 6 are made of NiTi nitinol alloy with the term effect mechanical shape memory, belonging to the class of intermetallic compounds and having a tripping relay extension spring 6 while increasing the temperature thereof to a predetermined threshold value / cm. K. Worden. New intelligent materials and designs. Properties and application, M., Technosphere, 2006, pp. 94-116 [9] /. An axial blind hole 7 is made in the trunk of the pile I, which ensures the communication of the cavities of all the above clearances 4 by means of the niches 2 made in the ends 5 of the holes 2 with the upper surface piles. Each sliding element 3 is equipped with a locking latch of its position piles extended from the barrel 1 after actuation, consisting of a spring-loaded pin 9 inserted flush into the body of the sliding element 3 before the spring 6 is activated, and a blind recess 10 in the body of the barrel 1 for the pin 9 to enter after the spring is activated 6. In this case, all the springs 6 are electrically connected in series with each other using flexible wires 11 soldered to the ends of the springs 6 and stretched through the hole 8 and 7 to the top of the pile with an electrical source connected to the surface 12. The use of precisely the NiTi alloy for the manufacture of springs 6 with thermomechanical shape memory is explained by its extremely large restoring force, which is about 100 times whiter than that of bimetallic plates, by the sophistication of the production process of coil cylindrical springs from this alloy, by a large amount of restored deformations, and by a low the temperature of the phase transition, that is, the threshold value of the operating temperature / from -200 to + 100 ° C /, low electrical conductivity, providing a change shape change during heating by passing electric current through springs / cm. [9] p. 102 and p. 108 /. All these qualities of the NiTi alloy are extremely well suited for the proposed device, where the triggering springs act as a direct power drive, that is, they must force the sliding elements 3 into the loose soil, where the threshold value for the heating temperature of the springs of the order of + 80-90 ° C to springs 6 of this temperature, on the one hand, heat up quickly and easily, and on the other hand, such a temperature does not occur in the soil without artificial heating, which prevents accidental operation of the device .

Работа предлагаемого устройства, то есть образование уширения в свае производится следующим образом.The work of the proposed device, that is, the formation of broadening in the pile is as follows.

После забивания находящейся в исходном состоянии /см. фиг. 1/ сваи в рыхлый грунт на заданную глубину в пружины 6 подают от источника электрических сигналов 12 /универсального генератора, совмещенного с усилителем мощности/ ток заранее заданной величины в течение расчетного промежутка времени порядка нескольких минут, обеспечивающий гарантированно нагрев пружин 6 до температуры их релейного срабатывания /удлинения/, то есть до порогового значения. После срабатывания пружин 6 /см. фиг. 2/ сопровождающегося силовым выходом наружу ствола 1 сваи выдвижных элементов 3 на заранее заданную величину с заданной силовой нагрузкой на грунт, фиксирующие защелки 9, 10 срабатывают, что препятствует возвращению пружин 6 в исходное состояние /см. фиг. 1/ после их остывания ниже порогового значения температуры при отключении электрического сигнала.After clogging in the initial state / cm. FIG. 1 / piles into loose soil to a predetermined depth into the springs 6 are supplied from the source of electrical signals 12 / of a universal generator combined with a power amplifier / current of a predetermined value during the estimated time period of the order of several minutes, ensuring guaranteed heating of the springs 6 to the temperature of their relay operation / lengthening /, that is, to a threshold value. After operation of the springs 6 / cm. FIG. 2 / accompanied by a power output of the barrel 1 piles of sliding elements 3 to a predetermined value with a given power load on the ground, the locking latches 9, 10 are activated, which prevents the return of the springs 6 to its original state / cm. FIG. 1 / after they have cooled below the threshold temperature value when the electrical signal is turned off.

Предлагаемое устройство сваи характеризуется предельной простотой, технологичностью и надежностью, позволяет резко сократить трудоемкость процесса уширения сваи, практически исключить вероятность несрабатывания или наоборот случайного срабатывания, то есть практически автоматизировать данный процесс.The proposed device piles is characterized by extreme simplicity, manufacturability and reliability, can dramatically reduce the complexity of the process of broadening piles, virtually eliminate the likelihood of failure or vice versa accidental operation, that is, practically automate this process.

Claims

A pile including a trunk with transverse niches made in it at different levels, in each of which a retractable element is freely placed with a gap relative to the end of the niche, and a device for extending this extension element installed in the corresponding gap, characterized in that the device for extending each of retractable elements made in the form of a helical cylindrical compression spring made of NiTi alloy with the effect of thermomechanical shape memory, characterized by relay operation with elongation m of the spring when the temperature rises to a predetermined threshold value, an axial blind hole is made in the pile shaft, which ensures that the cavities of all the above clearances communicate with the top of the pile, while all the sliding elements are provided with locking latches, and all the springs are electrically connected to each other and connected by passing through the axial hole of the flexible wires to the source of electrical signals mounted on top of the pile.