RU2707620C1

RU2707620C1 - Screw pile

Info

Publication number: RU2707620C1
Application number: RU2019110042A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Коровин
Original assignee: Дмитрий Владимирович Коровин
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2019-11-28

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction and is used as foundation-base for metal or wooden columns-posts of different cross-section. Pile consists of a solid body made from a pipe. Body has a cylindrical zone with a constant cross-section diameter, a conical zone with gradually decreasing cross-section diameter, a sharpened end having a spiral located on the cylindrical and conical zones of the outer surface of the body. Pointed end has four flat faces, mutual arrangement of which corresponds to arrangement of faces in the pyramid. Two first opposite sections of conjugation of two adjacent flat faces are made in the form of smooth radial transitions. Two second opposite sections of conjugation of two adjacent flat faces are made in the form of ledges formed by flattened to contact walls of pipe, from which pile body is made.

EFFECT: increased efficiency of soil layers destruction by pointed end of pile.

1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и применяется в качестве фундамента-основания для металлических или деревянных столбов-стоек различного сечения.The invention relates to construction and is used as a foundation base for metal or wooden pillars-racks of various sections.

Известен аналог - винтовая свая - RU 131011, 26.03.2013, содержащая ствол в виде трубы, винтовую лопасть, наконечник и расширительный поясок, отличающаяся тем, что наконечник выполнен в виде ребристой осесимметричной фигуры с заостренным концом, присоединенной к заглушке ствола.A known analogue is a screw pile - RU 131011, 03/26/2013, containing a barrel in the form of a pipe, a helical blade, a tip and an expansion girdle, characterized in that the tip is made in the form of a ribbed axisymmetric figure with a pointed end attached to the barrel plug.

Недостатком аналога является низкая надежность сваи, обусловленная тем, что наконечник выполнен в виде отдельной детали, приваренной к трубе, что способствует быстрому распространению коррозии сваи в месте соединения деталей сваркой.The disadvantage of the analogue is the low reliability of the pile, due to the fact that the tip is made in the form of a separate part welded to the pipe, which contributes to the rapid spread of corrosion of the pile at the junction of the parts by welding.

Известен аналог - винтовая свая - RU 182309, 24.01.2018, принятая в качестве прототипа, состоящая из цельного цилиндрического корпуса, имеющего зону с постоянным диаметром сечения, а также зону с постепенно уменьшающимся диаметром сечения, имеющего заостренное окончание, подвергнутое термообработке с последующей ковкой и закаливанием, и спирали 10-20 мм шириной и 1-3 мм толщиной, расположенной на части внешней поверхности цилиндрического корпуса таким образом, что одна из ее крайних точек совпадает с заостренным окончанием, а вторая расположена на зоне цилиндрического корпуса с постоянным диаметром сечения.A known analogue is a screw pile - RU 182309, 01.24.2018, adopted as a prototype, consisting of a solid cylindrical body having a zone with a constant diameter of the section, as well as a zone with a gradually decreasing diameter of the section, having a pointed end, subjected to heat treatment with subsequent forging and quenching, and spirals 10-20 mm wide and 1-3 mm thick, located on part of the outer surface of the cylindrical body in such a way that one of its extreme points coincides with the pointed end, and the second is located at e of the cylindrical body with a constant cross-sectional diameter.

Недостатком прототипа является низкая проникающая способность сваи, которая снижает эффективность ее установки в каменистый или замерзший грунт, находящийся долгое время при отрицательных по Цельсию температурах. Низкая проникающая способность обусловлена гладкой поверхностью заостренного окончания, которая не оказывает разрушающего воздействия на верхние слои грунта при вращении сваи, а проскальзывает при вращении. Поэтому необходимо прикладывать значительные вертикальные усилия для того, чтобы проткнуть верхние слои грунта для того, чтобы начать вворачивать сваю, используя винтовую поверхность. Недостатком является также сложность установки сваи, которая обусловлена сложностью ее ориентирования из-за гладкой поверхности заостренного окончания. При выставлении сваи в вертикаль сложно зафиксировать ее в таком положении перед началом вворачивания в грунт, она проскальзывает и теряет вертикальное положение, особенно при установке в каменистый грунт. По перечисленным причинам ручная установка сваи значительно затруднена.The disadvantage of the prototype is the low penetration ability of the piles, which reduces the efficiency of its installation in rocky or frozen soil, located for a long time at temperatures below zero Celsius. Low penetration is due to the smooth surface of the pointed end, which does not have a destructive effect on the upper layers of the soil during rotation of the pile, and slips during rotation. Therefore, it is necessary to apply significant vertical forces in order to pierce the upper layers of the soil in order to start screwing the pile using a screw surface. The disadvantage is the complexity of the installation of piles, which is due to the complexity of its orientation due to the smooth surface of the pointed end. When placing the pile in a vertical, it is difficult to fix it in this position before screwing it into the ground, it slides and loses its vertical position, especially when installed in rocky soil. For the listed reasons, manual installation of the pile is much more difficult.

Технической задачей изобретения является увеличение эффективности установки винтовой сваи, обеспечение возможности установки сваи вручную без применения специального инструмента.An object of the invention is to increase the efficiency of the installation of screw piles, providing the ability to install piles manually without the use of special tools.

Технический результат предлагаемой изобретения заключается в увеличении эффективности разрушения слоев грунта заостренным окончанием сваи без необходимости увеличения осевого усилия, прикладываемого к свае в процессе ее установки, и с сохранением прежней эффективной технологии изготовления сваи. Дополнительный технический результат изобретения заключается в обеспечении лучшей фиксации сваи в вертикальном положении в начальный момент установки, что обеспечивает повышение технологичности ее применения.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the destruction of soil layers by the pointed end of the pile without the need to increase the axial force applied to the pile during installation, and while maintaining the old effective technology for manufacturing the pile. An additional technical result of the invention is to provide better fixation of the piles in a vertical position at the initial moment of installation, which improves the manufacturability of its use.

Технический результат достигается в свае винтовой, состоящей из цельного корпуса, изготовленного из трубы, имеющего цилиндрическую зону с постоянным диаметром сечения, коническую зону с постепенно уменьшающимся диаметром сечения, заостренное окончание, имеющей спираль, расположенную на цилиндрической и конической зонах внешней поверхности корпуса, заостренное окончание имеет четыре плоские грани, взаимное расположение которых соответствует расположению граней в пирамиде, два первых противолежащих участка сопряжения двух смежных плоских граней выполнены в виде плавных радиусных переходов, а два вторых противолежащих участка сопряжения двух смежных плоских граней выполнены в виде выступов, образованных сплющенными до соприкосновения друг с другом стенок трубы, из которой изготовлен корпус сваи.The technical result is achieved in a screw pile consisting of a solid body made of a pipe having a cylindrical zone with a constant diameter, a tapered zone with a gradually decreasing diameter, a pointed end having a spiral located on a cylindrical and conical zones of the outer surface of the body, a pointed end has four flat faces, the mutual arrangement of which corresponds to the location of the faces in the pyramid, the first two opposite sections of the interface of two adjacent oskih faces are formed as smooth curved transitions and two opposite second coupling portion of two adjacent flat faces are formed as projections formed tapered contact to each other the walls of the tube from which the casing is made of pile.

Корпус сваи винтовой может быть изготовлен из трубы диаметром 40…230 мм с толщиной стенки 1…8 мм, длина спирали может быть 0,1…6 м, шаг спирали 30…120 мм, длина сваи может быть 0,5…12 м, длина заостренного окончания может быть 30…100 мм.The screw pile body can be made of a pipe with a diameter of 40 ... 230 mm with a wall thickness of 1 ... 8 mm, the length of the spiral can be 0.1 ... 6 m, the pitch of the spiral 30 ... 120 mm, the length of the pile can be 0.5 ... 12 m, the length of the pointed end may be 30 ... 100 mm.

На фиг. 1 изображен вид сбоку сваи винтовой.In FIG. 1 shows a side view of a screw pile.

На фиг. 2 изображен увеличенный вид заостренного окончания сваи винтовой.In FIG. 2 shows an enlarged view of the pointed end of a screw pile.

На фиг. 3 изображено поперечное сечение заостренного окончания сваи винтовой.In FIG. 3 shows a cross section of the pointed end of a screw pile.

На фиг. 4 изображена последовательность изготовления корпуса сваи винтовой.In FIG. 4 shows the manufacturing sequence of a screw pile housing.

На фиг. 5 изображена форма штампа для формования заостренного окончания сваи винтовой.In FIG. 5 shows a form of a stamp for forming the pointed end of a screw pile.

Свая винтовая, изображенная на фиг. 1, состоит из цельного корпуса 1, изготовленного из трубы, имеющего цилиндрическую зону 2 с постоянным диаметром сечения, коническую зону 3 с постепенно уменьшающимся диаметром сечения, заостренное окончание 4, подвергнутое термообработке с последующей ковкой и закаливанием, спираль 5, расположенную на цилиндрической 2 и конической 3 зонах внешней поверхности корпуса 1 таким образом, что одна из ее крайних точек 6 совпадает с заостренным окончанием 4, а вторая 7 расположена на цилиндрической зоне 3 корпуса 1 с постоянным диаметром сечения, заостренное окончание 4 имеет четыре плоские грани 8, как показано на фиг. 2, 3, взаимное расположение которых соответствует расположению граней в пирамиде, два первых противолежащих участка сопряжения двух смежных плоских граней 8 выполнены в виде плавных радиусных переходов 9, как показано на фиг. 2, 3, а два вторых противолежащих участка сопряжения двух смежных плоских граней 8 выполнены в виде выступов 10, образованных сплющенными до соприкосновения друг с другом стенок трубы, из которой изготовлен корпус 1 сваи, причем длина L заостренного окончания составляет 30…100 мм.The screw pile shown in FIG. 1, consists of a solid body 1 made of a pipe having a cylindrical zone 2 with a constant diameter, a tapered zone 3 with a gradually decreasing diameter, a pointed end 4 subjected to heat treatment with subsequent forging and quenching, a spiral 5 located on a cylindrical 2 and conical 3 zones of the outer surface of the housing 1 so that one of its extreme points 6 coincides with the pointed end 4, and the second 7 is located on the cylindrical zone 3 of the housing 1 with a constant cross-sectional diameter, the edge The wound end 4 has four planar faces 8, as shown in FIG. 2, 3, the mutual arrangement of which corresponds to the location of the faces in the pyramid, the first two opposite sections of the interface of two adjacent flat faces 8 are made in the form of smooth radial transitions 9, as shown in FIG. 2, 3, and two second opposing mating sections of two adjacent flat faces 8 are made in the form of protrusions 10 formed by the walls of the pipe flattened to contact each other from which the pile body 1 is made, and the length L of the pointed end is 30 ... 100 mm.

Рассмотрим пример конкретной реализации сваи винтовой. Корпус 1 сваи винтовой изготавливается из трубы толщиной t=3 мм, как показано на фиг. 1, которую нарезают на заготовки 11 длиной 1000 мм, как изображено на фиг. 4. Далее заготовку 11 нагревают в индукционной печи до температуры 800°С и в роторном прессе формуют коническую зону 3 и конический участок под заостренное окончание 4, получая заготовку 12. После этого заготовку 12 нагревают в индукционной печи и куют в штампе-прессе заостренное окончание 4, получая необходимую форму корпуса 1 сваи винтовой. Для ковки заостренного окончания 4 в примере конкретной реализации применяют штамп, имеющий форму, изображенную на фиг. 5, но ковка заостренного окончания 4 может проводиться и на штампе, имеющем другую форму. После этого осуществляется закаливание заостренного окончания 4. На последней операции изготовления сваи винтовой к корпусу 1 приваривают заранее изготовленную из листовой стали спираль 5, а также сверлят отверстие 13 (фиг. 2) для вывода жидкости из сваи с целью исключения коррозии изнутри сваи. Спираль может быть установлена по всей длине цилиндрической 2 и конической 3 зон сваи, которые могут иметь длину от 300 до 12000 мм, спираль в другом примере конкретной реализации может быть установлена с шагом 40-60 мм. Эти особенности зависят от поставленных задач и нагрузок, возникающих при установке сваи и при ее эксплуатации. Длина заостренного окончания 4 в примере конкретной реализации составляет 50 мм. При длине заостренного окончания 4 менее 30 мм эффект от наличия выступов 10 сводится к нулю. При длине заостренного окончания 4 более 100 мм процесс его ковки становится значительно более энергоемким, а эффективность применения сваи не увеличивается, кроме того увеличивается усилие закручивания сваи, что является негативным фактором.Consider an example of a specific implementation of a screw pile. The screw pile body 1 is made of a pipe with a thickness of t = 3 mm, as shown in FIG. 1, which is cut into preforms 11 with a length of 1000 mm, as shown in FIG. 4. Next, the workpiece 11 is heated in an induction furnace to a temperature of 800 ° C and a conical zone 3 and a conical section for a pointed end 4 are formed in a rotary press to obtain a workpiece 12. After that, the workpiece 12 is heated in an induction furnace and forged in a die press a pointed end 4, obtaining the necessary shape of the housing 1 of the screw piles. For forging the pointed end 4 in the example of a particular implementation, a stamp having the shape depicted in FIG. 5, but the forging of the pointed end 4 can also be carried out on a stamp having a different shape. After that, the pointed end 4 is quenched. In the last step of manufacturing the screw piles, a spiral 5 pre-made from sheet steel is welded to the housing 1, and a hole 13 is drilled (Fig. 2) to withdraw fluid from the pile in order to prevent corrosion from the inside of the pile. The spiral can be installed along the entire length of the cylindrical 2 and conical 3 zones of the pile, which can have a length of 300 to 12000 mm, the spiral in another example of a specific implementation can be installed in increments of 40-60 mm. These features depend on the tasks and loads that arise during the installation of the pile and during its operation. The length of the pointed end 4 in the example of a specific implementation is 50 mm When the length of the pointed end 4 is less than 30 mm, the effect of the presence of the protrusions 10 is reduced to zero. When the length of the pointed end 4 is more than 100 mm, the forging process becomes much more energy-intensive, and the efficiency of the pile does not increase, in addition, the twisting force of the pile increases, which is a negative factor.

Корпус сваи винтовой в примерах реализации может быть изготовлен из трубы диаметром 40…230 мм с толщиной стенки 1…8 мм, длина спирали может быть 0,1…6 м с шагом спирали 30…120 мм, длина сваи может быть 0,5…12 м. Применение трубы от 40 до 230 мм экономически и технологически целесообразно, на данных диаметрах технологически реализуемо предлагаемое техническое решение. Толщина труб от 1,5 мм до 8 мм выбрана по причине применяемости по ГОСТ, из конструктивных особенностей. При больших толщинах выступы 10 не формуются из за повышенного усилия, требуемого для их формования. При толщине менее 1,5 мм недостаточна их прочность. Шаг и длина навивки являются важными параметрами при реализации технического решения. Если изготовить сваю с корпусом диаметром 76 мм и установить спираль с шагом 50 мм и длиной спирали 6 метров, то несущая способность сваи будет 4,5 тонны на ось. Если изготовить спираль шагом 40 мм при той же длине, то несущая способность будет уже 4,750 кг. Чем меньше шаг, тем плотнее грунт при выкручивании сваи, чем плотнее грунт, тем несущая способность будет выше и тем выше эффективность разрушения слоев грунта. Изменяя шаг, длину, диаметр меняют характеристики сваи. Заявленный технический результат достигается в пределах указанных диапазонов.The screw pile case in the examples of implementation can be made of a pipe with a diameter of 40 ... 230 mm with a wall thickness of 1 ... 8 mm, the length of the spiral can be 0.1 ... 6 m with a pitch of the spiral 30 ... 120 mm, the length of the pile can be 0.5 ... 12 m. The use of pipes from 40 to 230 mm is economically and technologically feasible; the proposed solution is technologically feasible on these diameters. The thickness of the pipes from 1.5 mm to 8 mm is selected due to applicability according to GOST, from design features. At large thicknesses, the protrusions 10 are not molded due to the increased force required to form them. With a thickness of less than 1.5 mm, their strength is insufficient. The pitch and length of the winding are important parameters when implementing a technical solution. If you make a pile with a case with a diameter of 76 mm and install a spiral with a pitch of 50 mm and a spiral length of 6 meters, then the bearing capacity of the pile will be 4.5 tons per axis. If you make a spiral pitch of 40 mm with the same length, then the bearing capacity will be 4.750 kg. The smaller the pitch, the denser the soil when unscrewing the piles, the denser the soil, the bearing capacity will be higher and the higher the destruction efficiency of the soil layers. By changing the pitch, length, and diameter, the characteristics of the pile are changed. The claimed technical result is achieved within the specified ranges.

Рассмотрим пример эксплуатации сваи винтовой. Сваю применяют для установки в каменистый грунт без применения какого-либо специального инструмента для установки свай - пневматического забивного инструмента или специальной техники. Осуществляют разметку территории с обозначением мест установки свай. Сваю винтовую располагают вертикально, опирая в грунт вершиной 14 (фиг. 2) заостренного окончания 4. Надавливая на сваю в осевом направлении, углубляют заостренное окончание 4 в грунт. При этом свая получает фиксацию в грунте от проворачивания и заваливания в сторону благодаря наличию выступов 10 в заостренном окончании 4. После этого прикладывают вращающий момент относительно оси 15 (фиг. 1) сваи. В процессе вращения сваи выступы 10 (фиг. 2, 3) в заостренном участке 4 разрушают каменистую породу грунта подобно режущей кромке сверла или винта-самореза. За счет наличия такого разрушающего воздействия на верхние слои грунта требуется меньшее осевое усилие при установке сваи. Этим достигается возможность установки сваи вручную без применения специального инструмента. Наличие выступов 10 в заостренном окончании 4 помогает ломать более плотный грунт во время всего прохождения сваи, при ее установке в грунт, что делает монтаж ее существенно быстрее, снижает усилия установки. Это позволяет работать в особых скалистых грунтах, так как свая способна колоть камни, которые встречаются при закручивании на пути в грунте. Свая эффективно проходит в грунт, состоящий из ракушечника, который является очень твердым, тяжелым и создает сложности для установки других видов свай. Свая благодаря описанной особенности хорошо устанавливается в условиях вечной мерзлоты, в лед.Consider an example of the operation of a screw pile. A pile is used for installation in rocky soil without using any special tool for installing piles - a pneumatic driven tool or special equipment. Mark the area with the designation of the installation sites of piles. The screw pile is positioned vertically, resting in the ground with the vertex 14 (Fig. 2) of the pointed end 4. While pressing on the pile in the axial direction, the pointed end 4 is deepened into the soil. In this case, the pile receives fixation in the soil from turning and dropping to the side due to the presence of protrusions 10 in the pointed end 4. After this, a torque is applied relative to the axis 15 (Fig. 1) of the pile. During the rotation of the pile, the protrusions 10 (Fig. 2, 3) in the pointed portion 4 destroy the rocky soil like a cutting edge of a drill or self-tapping screw. Due to the presence of such a destructive effect on the upper layers of the soil, less axial force is required when installing the piles. This enables the installation of piles manually without the use of a special tool. The presence of the protrusions 10 in the pointed end 4 helps to break more dense soil during the entire passage of the pile, when it is installed in the soil, which makes its installation much faster, reduces the installation effort. This allows you to work in special rocky soils, as the pile is able to chop stones that occur when twisting along the path in the soil. The pile effectively passes into the soil, consisting of shell rock, which is very hard, heavy and creates difficulties for the installation of other types of piles. Thanks to the described feature, the pile is well established in permafrost conditions, in ice.

Плоские грани 8 обеспечивают требуемую жесткость заостренному окончанию 4, что предотвращает деформацию корпуса 1 в результате дополнительных усилий, передающихся с выступов 10, которые являются режущими кромками. Радиусные переходы 9 снижают сопротивление вворачиванию и исключают дополнительные концентраторы напряжений в заостренном окончании 4, повышая прочность корпуса 1. Радиусные переходы выполнены переменным радиусом. Ближе к вершине 14 радиус уменьшатся, приближаясь к значению 5-8 мм. В месте, где заостренное окончание 4 переходит в коническую зону 3 радиус равен 60…80 мм. Благодаря выполнению выступов 10 из того же исходного материала - трубы, сохраняется прежняя эффективная технология изготовления сваи и обеспечивается экономия материала. При изготовлении заостренного окончания 4 с режущими кромками - выступами 10 в виде отдельного привариваемого наконечника, изготавливаемого, например литьем, технологический процесс изготовления сваи был бы усложнен, а также была бы увеличена материалоемкость изделия. Выполнение выступов 10 в виде отдельных пластин, соединяемых сваркой, привело бы к необходимости увеличения габаритов заостренного окончания, таким образом, повысило бы усилия, необходимые для установки сваи. А также этот способ менее технологичен.The flat faces 8 provide the required rigidity for the pointed end 4, which prevents the deformation of the housing 1 as a result of additional forces transmitted from the protrusions 10, which are cutting edges. Radius transitions 9 reduce the resistance to screwing and exclude additional stress concentrators in the pointed end 4, increasing the strength of the housing 1. Radius transitions are made with a variable radius. Closer to the apex 14, the radius decreases, approaching the value of 5-8 mm. In the place where the pointed end 4 passes into the conical zone 3, the radius is 60 ... 80 mm. Thanks to the implementation of the protrusions 10 from the same source material - the pipe, the old effective technology for manufacturing piles is preserved and material is saved. In the manufacture of a pointed end 4 with cutting edges - protrusions 10 in the form of a separate weldable tip made, for example, by casting, the technological process of making piles would be complicated, and the material consumption of the product would also be increased. The implementation of the protrusions 10 in the form of individual plates connected by welding, would lead to the need to increase the size of the pointed end, thus, would increase the effort required to install the piles. And also this method is less technological.

Claims

1. Screw pile, consisting of a solid body made of a pipe having a cylindrical zone with a constant diameter, a tapered zone with a gradually decreasing diameter, a pointed end having a spiral located on the cylindrical and conical zones of the outer surface of the housing, characterized in that the pointed end has four flat faces, the mutual arrangement of which corresponds to the location of the faces in the pyramid, the first two opposite sections of the pairing of two adjacent flat faces made in the form of smooth radial transitions, and two second opposite sections of the interface of two adjacent flat faces are made in the form of protrusions formed flattened until the walls of the pipe from which the pile body is made contact.

2. A screw pile according to claim 1, characterized in that the screw pile housing is made of a pipe with a diameter of 40 ... 230 mm with a wall thickness of 1 ... 8 mm, the length of the spiral is 0.1 ... 6 m, the pitch of the spiral is 30 ... 120 mm, the length of the pile is 0.5 ... 12 m, the length of the pointed end is 30 ... 100 mm.