Армирующее устройство для армирования подошвы сваи при закладке свайного фундамента с использованием фундаментной сваи и способ установки фундаментной сваи и армирования ее подошвы

Изобретение относится к армирующему устройству для армирования подошвы сваи при закладке свайного фундамента с использованием фундаментной сваи. Армирующее устройство для армирования подошвы сваи при закладке свайного фундамента с использованием фундаментной сваи, имеющей по меньшей мере одну сквозную продольную полость. Армирующее устройство содержит несколько фигурных сочлененных арматурных деталей, шарнирно соединенных с расположенным по центру кольцевым элементом, так что армирующее устройство может находиться в сложенном состоянии, в котором оно находится при установке, и в развернутом состоянии, в котором оно находится при эксплуатации. При этом армирующее устройство соединено со сваей по меньшей мере одним элементом, работающим на растяжение. Также предложены фундаментная свая, армированная армирующим устройством, и способ установки фундаментной сваи и армирования ее подошвы. Технический результат состоит в обеспечении равномерного распределения армирования по подошве и амортизации сжимающих и растягивающих усилий, снижении трудоемкости и материалоемкости. 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 31 ил.

 

Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к армирующему устройству для армирования подошвы сваи при закладке свайного фундамента с использованием фундаментной сваи, которая имеет по меньшей мере одну сквозную продольную полость и подошва которой армирована при помощи армирующего устройства, имеющего по меньшей мере одну сквозную продольную полость.

Изобретение также относится к способу установки фундаментной сваи и армирования ее подошвы при помощи армирующего устройства.

Уровень техники

При закладке фундамента больших строительных конструкций, таких как дома, стены, башни и т.п., как правило, используют фундамент, поддерживаемый несколькими фундаментными сваями, установленными в грунте для поддержки фундамента, а также для амортизации растягивающего и сжимающего усилий, возникающих под воздействием собственного веса конструкции и ветровой нагрузки.

Для амортизации сжимающего усилия обычно применяют гладкие фундаментные сваи, которые забивают в грунт до упора в твердый слой породы. Таким образом, при использовании данного способа в некоторых случаях необходимо забить в грунт многие метры сваи, прежде чем ее нижняя часть достигнет твердого основания. Следовательно, данный способ закладки фундамента может оказаться весьма дорогостоящим.

При возведении фундамента на территориях, где исследования грунта показали, что твердое основание находится на значительной глубине, применяется другой вид фундаментной сваи, на нижнем конце которой имеется подошва, диаметр которой больше диаметра самой сваи. В этом случае давление, оказываемое на сваю, распределяется по большей площади, и подошва затрудняет осадку сваи в грунте под давлением собственного веса конструкции.

Так как фундаментную сваю с расширенной подошвой невозможно забить или ввести под давлением в пробуренную скважину, были найдены различные способы, позволяющие сначала установить сваю, а затем сформировать расширенное армирующее устройство.

В патенте США №3832859 описана подобная свая с армирующим устройством, которое сконструировано таким образом, что при забивке в землю оно может внедрять в слой грунта несколько опор, после чего основание сваи заливают для формирования подошвы, размеры которой превышают диаметр фундаментной сваи.

Недостаток описанных в патенте США №3832859 гладких свай и свай с расширенной относительно внешней окружности сваи подошвой заключается в том, что данные сваи не обеспечивают амортизации растягивающего усилия.

Данное растягивающее усилие возникает, например, в том случае, когда часть здания или башни испытывают воздействие ветровой нагрузки; при этом сваи фундамента с подветренной стороны подвергаются сжимающему усилию, в то время как на сваи с наветренной стороны воздействует растягивающее усилие.

Для свай, способных амортизировать растягивающее усилие, преимуществом является наличие по длине сваи по меньшей мере одного прилива и/или подошвы, диаметр которого или которой по меньшей мере в одном месте превышает диаметр сваи. Благодаря увеличенному диаметру указанного прилива или указанной подошвы свая может амортизировать большее растягивающее усилие, чем гладкая свая, так как на прилив или подошву воздействует масса грунта, распределенная в форме направленного вверх конуса, находящаяся над приливом или подошвой.

При использовании гладких свай растягивающее усилие амортизируется только благодаря всасывающему действию грунта, которое проявляется в том, что при вытягивании сваи со своего места в отверстии от сместившейся сваи под действием силы сопротивления между окружающим слоем грунта и поверхностью сваи возникает аномально низкое давление.

Существуют различные способы создания на свае, находящейся в земле, прилива или подошвы. Один из них заключается в том, что через продольный сквозной канал, имеющийся в свае, вводится под давлением отверждающийся наполнитель, поступающий в грунт через нижнюю часть сваи или через поперечные заливочные каналы, расположенные по длине сваи.

Такие приливы или подошвы, как правило, армируются при помощи армирующего устройства для того, чтобы они могли противостоять повышенному растягивающему усилию. В патенте США №3832859 описано армирующее устройство, сконструированное таким образом, что при введении под давлением в скважину оно выпускает в грунт опоры, которые затем заливают для формирования подошвы, диаметр которой больше диаметра самой сваи.

Недостаток использования данного армирующего устройства подошвы сваи состоит в том, что в данном случае арматура располагается сверху армирующего устройства, то есть армирование недостаточно широко распределено по подошве, и, следовательно, достигается лишь небольшое увеличение сопротивления растяжению. Для достижения оптимального сопротивления подошвы арматурные детали армирующего устройства должны распределяться по наибольшей возможной площади подошвы.

Свая, описанная в патенте США №3832859, будет обладать конкретным сопротивлением растяжению, но, в частности, в глинистом грунте она будет выдаваться из-за особенностей конструкции. Таким образом, может произойти отделение сваи от литой подошвы, а опоры, развернутые в грунте, из-за конструкции армирующего устройства не будут держать при вытягивании сваи вверх, так что армирующее устройство сложится. Поэтому данная конструкция обладает таким же сопротивлением растяжению, как и гладкая фундаментная свая.

Аспекты изобретения

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание такого армирующего устройства, которое достаточно просто устанавливается в основании сваи и которое простым и надежным образом обеспечивает равномерное распределение армирования в подошве.

Этого можно добиться применением армирующего устройства наподобие описанного выше, особенность которого заключается в том, что устройство включает несколько фигурных сочлененных арматурных деталей, шарнирно соединенных с расположенным по центру кольцевым элементом, так что армирующее устройство может находиться в сложенном состоянии, в котором оно находится при установке, и в развернутом состоянии, в котором оно находится при эксплуатации, при этом армирующее устройство соединено со сваей по меньшей мере одним элементом, работающим на растяжение.

Кроме того, целью настоящего изобретения является создание сваи, способной амортизировать указанные сжимающее и растягивающее усилия, несложной и недорогой в изготовлении и установке в заданном положении.

Этого можно достичь путем использования сваи, имеющей армирующее устройство, связанное с ней посредством по меньшей мере одного элемента, работающего на растяжение.

Дальнейшими целями изобретения является создание несложного и недорогого способа установки фундаментной сваи и более надежного способа армирования ее подошвы при помощи армирующего устройства.

Эти цели достигнуты благодаря созданию способа, в котором размещение и армирование сваи включает:

- установку сваи в заданном положении под давлением, путем забивки или путем опускания в предварительно пробуренную скважину,

- опускание под давлением сложенного армирующего устройства сквозь по меньшей мере одну сквозную продольную полость сваи,

- по достижении армирующим устройством нижнего конца сваи перемещение его под давлением еще на некоторое расстояние вниз; при этом приводятся в действие средства раздвигания арматурных деталей армирующего устройства с образованием таким образом сети, состоящей по меньшей мере из арматурных деталей армирующего устройства, и

- подачу под давлением сквозь указанную по меньшей мере одну сквозную продольную полость сваи отверждающегося наполнителя, так что нижняя часть сваи и развернутое армирующее устройство оказываются заделаны в единой отливке для образования армированной подошвы, размеры которой превышают размеры самой фундаментной сваи.

Сущность изобретения

Ниже описывается свая с подошвой, армированной при помощи армирующего устройства, которая применяется в фундаментах ветродвигателей, а также способ установки данной фундаментной сваи и армирования ее подошвы. Кроме того, предлагаемые изобретением соединенные элементы могут быть также использованы при закладке фундаментов других видов башен, например дымовых или вытяжных труб, высоких флагштоков, колонн, опор линий электропередачи и антенн. Более того, сваи могут использоваться при закладке фундамента домов, мостов, плавучих оснований и аналогичных строительных конструкций.

Армирующее устройство включает раздвижной механизм, позволяющий опустить под давлением армирующее устройство сквозь сквозную продольную полость сваи и одновременно добиться заполнения арматурой наибольшего доступного пространства подошвы или распределения ее по наибольшему доступному пространству подошвы. Таким образом, армирующее устройство при его установке под нижним концом сваи выполнено с возможностью раздвигания с образованием арматурной сети, которая может быть залита с образованием подошвы.

Раздвижной механизм представляет собой несколько сочлененных арматурных деталей, шарнирно соединенных с расположенным по центру кольцевым элементом, так что армирующее устройство может находиться в сложенном состоянии, в котором оно находится при установке, и в развернутом состоянии, в котором оно находится при эксплуатации. Следовательно, после изготовления армирующего устройства его можно поместить в сквозную продольную полость сваи, например при транспортировке, и снова извлечь при установке сваи в грунте.

Благодаря тому что сочлененные арматурные детали шарнирно соединены с расположенным по центру кольцевым элементом, арматурные детали армирующего устройства будут служить направляющими, взаимодействующими с внутренней стороной сквозной продольной полости сваи при опускании армирующего устройства вниз под давлением в сложенном состоянии - состоянии установки.

Для передачи растягивающего усилия от подошвы к фундаменту в армирующем устройстве имеются несколько элементов, работающих на растяжение, которые берут начало от армирующего устройства и проходят до фундамента, посредством чего армирующее устройство соединено с фундаментной сваей.

Для передачи растягивающего усилия от башни к армирующему устройству подошвы применяют элементы, работающие на растяжение, одним концом прикрепленные к фундаменту, а другим концом - к армирующему устройству. В качестве таких элементов, работающих на растяжение, могут служить тросы, резьбовые стержни и/или круглый стальной пруток с резьбовым концом или другим средством фиксации. Выбор элемента, работающего на растяжение, зависит от вида используемого фундамента, длины свай и грунтовых условий.

В одном варианте выполнения изобретения армирующее устройство включает несколько труб, через каждую из которых проходит элемент, работающий на растяжение, присоединенный к нижнему концу трубы, а также по меньшей мере к одному арматурному элементу крепежным приспособлением. Каждый элемент, работающий на растяжение, проходит через трубу вниз и крепится к арматурным деталям. Трубы также могут быть присоединены по меньшей мере к одной арматурной детали.

Длина данных труб либо соответствует высоте раздвинутого армирующего устройства, либо превышает эту высоту. Следовательно, данные элементы, работающие на растяжение, например тросы, защищены от спутывания, которое может вызвать концентрацию напряжений, в результате которой уменьшается прочность тросов, а в худшем случае происходит их разрыв. Кроме того, предотвращено запутывание тросов в арматурных деталях.

Для ограничения расстояния, на которое расходятся арматурные детали, каждая труба соединена по меньшей мере с одной арматурной деталью. Таким образом, раздвигание арматурных деталей наружу происходит относительно центра фундаментной сваи и равномерно распределяется относительно количества труб, которыми оснащено армирующее устройство.

Под воздействием сжимающего усилия свая может врезаться в находящуюся под ней подошву и разрушить ее. Для предотвращения этого армирующее устройство дополнительно снабжено несколькими стопорами, которые присоединены к верхнему концу по меньшей мере одной трубы и имеют такую форму поперечного сечения, которая обеспечивает наличие по меньшей мере одной стопорной поверхности.

Стопоры выполнены с такой формой поперечного сечения, которая обеспечивает наличие по меньшей мере одной стопорной поверхности. В одном варианте выполнения изобретения используется вырезанная деталь, предпочтительно в виде кольцевого уголка с вертикальной частью и примерно горизонтальной частью. Вертикальная часть соединена по меньшей мере с одной трубой, а горизонтальная часть является стопорной поверхностью. Во время опускания под давлением сложенного армирующего устройства арматурные детали могут образовывать зазор между трубами армирующего устройства и внутренней стороной сквозной продольной полости сваи.

Стопорная поверхность используется, когда армирующее устройство опущено под нижний конец фундаментной сваи и развернуто, при этом вертикальная часть прилегает к внутренней стороне сквозной продольной полости сваи, а горизонтальная часть расположена под нижним краем сваи и таким образом служит в качестве стопора, противодействующего растягивающему усилию в элементах, работающих на растяжение.

Поперечное сечение стопора обычно имеет Г-образную форму, но также может иметь П-образную, или С-образную форму, или быть плоским. Однако допускается наличие некоторого зазора между концами вертикальных частей, так что нижний край фундаментной сваи будет неизменно входить в стопор и упираться в стопорную поверхность.

В одном варианте выполнения изобретения стопоры соединены с верхними концами труб и вместе с арматурными деталями могут функционировать в качестве направляющих, и удерживать трубы на месте во время опускания армирующего устройства под давлением в сквозную продольную полость сваи.

Для того чтобы регулировать и направлять арматурные детали во время их выдвижения в одном варианте выполнения изобретения соединения между трубами и арматурными деталями в армирующем устройстве полностью или отчасти представляют собой шарниры. Такая конструкция позволяет обеспечить соединение арматурных деталей с трубами, и при этом позволяет арматурным элементам свободно скользить в шарнирных соединениях и быть выдвинутыми наружу относительно центра фундаментной сваи.

На каждой трубе можно установить больше одного шарнира, так что труба будет соединена, например, с двумя арматурными деталями. Это означает, что арматурных деталей в армирующем устройстве может быть больше, чем труб, что обеспечивает лучшее армирование подошвы.

Для передачи растягивающего усилия залитым армирующим устройством на фундамент элементы, работающие на растяжение, берущие начало от армирующего устройства и продолжающиеся до фундамента, должны быть соединены по меньшей мере с одной частью армирующего устройства при помощи по меньшей мере одного из нижеследующих средств: резьбового соединения, зажимающего соединения и/или сварки.

В одном варианте выполнения изобретения в качестве элемента, работающего на растяжение, используется трос, прикрепленный к нижнему концу трубы и арматурной детали при помощи резьбового соединения, расположенного под арматурными деталями. Данное резьбовое соединение может быть самоконтрящимся, так что при возникновении в тросе натяжения отсоединение тросов от армирующего устройства предотвращено.

Во втором варианте выполнения изобретения в качестве элемента, работающего на растяжение, используется трос, прикрепленный к нижнему концу трубы и арматурной детали при помощи зажимающего соединения, как правило, выполненного в виде тросового зажима, расположенного под арматурными деталями. Эти зажимы подпирают снизу арматурные детали и таким образом предотвращают ослабление тросов при их натяжении.

В третьем варианте выполнения изобретения элементы, работающие на растяжение, такие как трос, резьбовой стержень или круглый стальной пруток, приварены снизу к арматурной детали. Сварка должна быть выполнена таким образом, чтобы элементы, работающие на растяжение, не ослаблялись бы при сварке под действием нагрева.

Чтобы нижний край сваи под воздействием сжимающего усилия не врезался в находящуюся под ним подошву и не разрушал ее, армирующее устройство может быть также дополнительно снабжено несколькими стопорами, которые прикреплены к складной конструкции элемента, работающего на растяжение, и имеют такую форму поперечного сечения, которая обеспечивает наличие по меньшей мере одной стопорной поверхности.

Элементы, работающие на растяжение, разделены на верхнюю часть, продолжающуюся от фундамента вниз приблизительно до области нахождения нижнего края сваи, и нижнюю часть, длина которой приблизительно соответствует высоте сложенного армирующего устройства. Эти части элемента, работающего на растяжение, закреплены при помощи монтажного приспособления. Имеются также стопоры, связанные с этим монтажным приспособлением.

Для крепления верхней и нижней частей элемента, работающего на растяжение, используется одно из следующих монтажных приспособлений: муфтовое соединение, зажимающее соединение и/или резьбовое соединение с использованием пластины.

В одном варианте выполнения изобретения в качестве элемента, работающего на растяжение, используется резьбовой стержень, соединенный при помощи втулочной муфты с внутренней резьбой, соответствующей резьбе резьбового стержня. Таким образом, концы верхней и нижней частей элементов, работающих на растяжение, зафиксированы во втулочной муфте. Стопоры могут быть выполнены на внешней стороне втулочной муфты.

Во втором варианте выполнения изобретения в качестве элемента, работающего на растяжение, используется трос, монтируемый при помощи зажимающего соединения. Таким образом, концы верхней и нижней частей элемента, работающего на растяжение, сжаты вместе и заблокированы. Стопоры могут быть выполнены на внешней стороне зажимающего соединения.

В третьем варианте выполнения изобретения в качестве элемента, работающего на растяжение, используется круглый стальной пруток, монтируемый при помощи резьбового соединения с использованием пластины, причем пластина снабжена отверстиями, в которых установлены круглые стержни, закрепленные резьбовым соединением с другой стороны пластины. Стопоры могут быть присоединены к пластине или выполнены как часть пластины.

При установке армирующего устройства в надлежащем положении у нижнего конца сваи или под ее нижней частью армирующее устройство должно быть развернуто, чтобы арматурные детали были распределены в подошве.

Данное раздвигание арматурных деталей армирующего устройства достигается при помощи включенного в состав армирующего устройства по меньшей мере одного из нижеперечисленных средств раздвигания арматурных деталей: пружинного кольца, шарнирного соединения, взрывного устройства и/или раздвижного механизма.

В одном варианте выполнения изобретения в качестве средства раздвигания арматурных деталей используется пружинное кольцо, соединенное с трубами и/или арматурными деталями и расположенное таким образом, что пружинное кольцо, расширяясь, выжимает трубы и/или арматурные детали наружу.

Под воздействием выдвигающихся наружу труб форсируется раздвигание наружу относительно центра сваи армирующего устройства, состоящего из арматурных деталей, шарнирно соединенных с центральным кольцевым элементом.

Еще в одном варианте выполнения изобретения в качестве средства раздвигания арматурных деталей используется взрывное устройство, расположенное внутри армирующего устройства при опускании последнего под давлением или опускаемое под давлением отдельно от армирующего устройства и одновременно с ним.

Однако ключевым в данном случае является условие, что взрывное устройство должно быть расположено таким образом, чтобы при взрыве сильнейшим образом воздействовать на арматурные детали, раздвигая их. Следовательно, взрывное устройство должно располагаться в армирующем устройстве рядом с арматурными деталями или напротив арматурных деталей.

При приведении в действие взрывного устройства давление от взрывной волны воздействует на арматурные детали, раздвигая их наружу и, таким образом, в предпочтительном варианте формируя равномерно распределенную арматуру подошвы.

Данное взрывное устройство должно обладать такой мощностью, чтобы оказывать необходимое давление на арматурные детали, но сила взрыва не должна быть настолько велика, чтобы разрушить армирующее устройство или повредить арматурные детали.

Для достижения надежного раздвигания арматурных деталей последние имеют кольцевую форму, так что оба конца арматурных стержней сложены вокруг центрального кольцевого элемента с возможностью перемещения. Преимуществом использования кольцевой арматурной детали является тот факт, что она обеспечивает лучшее армирование подошвы, чем в том случае, когда арматурная деталь выполнена, например, в виде прямого круглого стального прутка, так как кольцевая арматурная деталь способна армировать подошву на нескольких уровнях, а не только в одной плоскости.

Кроме того, при использовании кольцевых арматурных деталей во время опускания под давлением сложенного армирующего устройства последнее будет защищено от нежелательного взаимодействия с неровностями и выступами на внутренней стороне сквозной продольной полости сваи.

В одном варианте выполнения изобретения арматурные детали являются частью армирующего устройства, нижняя часть которого остается в определенном положении как во время опускания под давлением армирующего устройства, так и тогда, когда устройство уже находится в необходимом положении. Поэтому каждая арматурная деталь имеет форму сектора кольца и в сложенном с остальными арматурными деталями состоянии образует кольцо, соответствующее внутреннему диаметру по меньшей мере одной сквозной продольной полости сваи, а при раздвигании армирующего устройства образует круговое кольцо, диаметр которого равен диаметру нижнего конца фундаментной сваи или превышает этот диаметр.

Данные кольцевые арматурные детали соединены встык таким образом, что трубы соединены с собранной секцией из кольцевых арматурных деталей, причем арматурные детали различаются по ширине, так что две соседние арматурные детали будут иметь разную ширину, что дает возможность вложить одну арматурную деталь в другую. Соединение между такими арматурными деталями может, например, быть выполнено в виде выемок в арматурной детали, через которые, скрепляя арматурные детали, может быть пропущен элемент, работающий на растяжение, и/или пропущена труба. Таким образом, арматурные детали при раздвигании будут раздвинуты лишь на некоторое расстояние, которое зависит от выемок в арматурных деталях.

Во втором варианте выполнения изобретения арматурные детали сформированы сетью, состоящей из стержней и/или тросов. Это дает возможность производить легкие и недорогие арматурные детали, способные армировать подошву на нескольких уровнях, а не только в одной плоскости.

Для усиления армирования подошвы арматурные детали могут быть взаимно связаны, например, с несколькими тросами таким образом, что армирование подошвы осуществляется между арматурными деталями. Таким образом, арматура подошвы при изображении подошвы в плане будет выглядеть, как паутина.

Для того чтобы без затруднения установить фундаментную сваю в необходимом положении путем ее забивки, и/или вибрационного уплотнения, или установки ее в предварительно пробуренной скважине, данная свая должна иметь цилиндрическую форму, то есть площадь поперечного сечения сваи должна быть в целом одинакова по всей ее длине. Таким образом можно избежать образования пустого пространства между внешней стороной сваи и грунтом над участком сваи с измененной площадью поперечного сечения.

Для спуска различных инструментов к нижнему краю фундаментной сваи через внутреннюю часть сваи в последней имеется сквозная продольная полость, диаметр которой зависит от спускаемого инструмента и от сжимающего и растягивающего усилия, амортизируемых сваей.

Для амортизации растягивающего усилия в соответствии с настоящим изобретением существенным является тот факт, что свая передает свое крепление армирующему устройству, и, следовательно, армирующее устройство соединено с фундаментной сваей при помощи по меньшей мере одного элемента, работающего на растяжение.

Чтобы облегчить процесс забивки или установки под давлением сваи в грунте, армирующее устройство дополнительно оснащено наконечником сваи, расположенным у нижнего края сваи таким образом, что свая действует как заземляющий стержень во время забивки сваи или установки ее под давлением.

Для использования наконечника сваи в качестве части подошвы необходимо, чтобы армирующее устройство было соединено со сваей. Для этого в фундаментной свае выполнено несколько сквозных продольных боковых каналов, в целом расположенных на равном расстоянии от центра поперечного сечения сваи. В каждом сквозном продольном боковом канале установлен элемент, работающий на растяжение, снизу прикрепленный крепежными средствами к армирующему устройству, включая наконечник сваи, в свою очередь соединенный разъемным соединением предпочтительно с цилиндрической частью сваи при помощи элементов, работающих на растяжение.

В известных фундаментных сваях с отдельным наконечником не используется такое соединение, поэтому в расширенной подошве, образованной заливкой арматурных деталей, гораздо труднее обеспечить удовлетворительную связь между наконечником подошвы и нижней частью сваи.

Наконечник сваи соединен со сваей при помощи нескольких элементов, работающих на растяжение. Для того чтобы элементы, работающие на растяжение, не выходили за пределы сваи или сквозной продольной полости, имеется свой сквозной продольный боковой канал для каждого элемента, работающего на растяжение. Количество необходимых элементов, работающих на растяжение, не оговорено, но они должны быть расположены, по существу, на одинаковом расстоянии от центра поперечного сечения сваи, в толще стенки сваи.

Размеры сквозного продольного бокового канала обусловлены размерами элементов, работающих на растяжение, которые должны быть достаточными для обеспечения амортизации растягивающего усилия, вызванного, например, воздействием силы ветра на башню, соединенную со сваей.

Для обеспечения отделения наконечника сваи от сваи после установки сваи в желаемом положении элементы, работающие на растяжение, имеют по меньшей мере один свободный участок между нижним концом сваи и ее наконечником. В зависимости от типа грунта находится длина этого свободного участка, а также размеры, в пределах которых можно сформировать подошву между нижней частью сваи и наконечником сваи путем заливки под давлением отверждающегося наполнителя.

Для передачи растягивающего усилия от фундамента вниз по свае к наконечнику сваи служат элементы, работающие на растяжение, такие как тросы, кабели и/или стержни.

Если в качестве элементов, работающих на растяжение, используются тросы, последние установлены либо путем заделки в толще стенки сваи в нескольких точках в сквозных продольных боковых каналах, либо с возможностью свободного продольного перемещения в боковом канале.

Тросы должны быть сделаны из материала, который является достаточно прочным, чтобы амортизировать растягивающее усилие, а также стойким к коррозии сам по себе или при соответствующей обработке. Более того, необходимо избегать скручивания и перепутывания элементов, работающих на растяжение, при их установке в боковых каналах, так как при появлении напряжения это может вызвать концентрацию напряжений, в результате чего уменьшается прочность тросов, а в худшем случае происходит их разрыв.

Если в качестве элементов, работающих на растяжение, применяются стержни, произведенные, например, из нержавеющей стали или аналогичного материала, эти стержни монтируются в сквозных продольных боковых каналах, где они имеют возможность продольного перемещения. Таким образом, когда наконечник сваи прикреплен к нижней секции сваи, например при транспортировке или установке сваи в заданном положении, стержни выступают наружу над верхним ее концом.

Преимущество использования тросов состоит в том, что соединение между фундаментной сваей и соединительной частью фундамента или фундаментом не является абсолютно точным, тогда как тросы являются гибкими, так что возможно их боковое перемещение и, таким образом, крепление.

Стержни, используемые в качестве элементов, работающих на растяжение, как правило, имеют резьбу в верхней части, а следовательно, могут быть привинчены к соединительной части фундамента или напрямую к элементу конструкции здания.

Если в качестве элементов, работающих на растяжение, применяются тросы, прикрепление такого элемента, работающего на растяжение, к монтажному кольцу на фундаменте может осуществляться при помощи тросового зажима, намотки на соединитель фундамента или конструкции здания, приварки к этому соединителю или заделки в этом соединителе.

В одном варианте выполнения изобретения тросы прикреплены к монтажному кольцу на фундаменте посредством тросового зажима, которым затем может быть зажат трос, спускающийся вниз через сквозные продольные боковые каналы до наконечника сваи, всегда надежно зажат. Необходимым условием является полное зажатие тросов, так как в противном случае ослабленное соединение между фундаментной сваей и вышележащим фундаментом может повлечь за собой наклон здания.

Для прикрепления элементов, работающих на растяжение, к наконечнику сваи применяют следующие средства крепления элемента, работающего на растяжение, к наконечнику сваи: резьбовое соединение, зажимающее соединение, муфта, формование и/или выполнение в подошве сваи канала преимущественно П-образной формы, через который может быть пропущен элемент, работающий на растяжение.

В одном варианте выполнения изобретения элементы, работающие на растяжение, крепятся к наконечнику сваи при помощи резьбового соединения, которое, как правило, используется, когда элементы, работающие на растяжение, выполнены в виде стержней с резьбой на конце. Данное резьбовое соединение может быть выполнено самоконтрящимся, и, следовательно, освобождение элемента, работающего на растяжение, от наконечника сваи предотвращено.

Во втором варианте выполнения изобретения в качестве средства крепежа к наконечнику сваи используется зажимающее соединение, как правило, тросовый зажим, установленный в пазах внутри наконечника сваи. Эти пазы внутри наконечника сваи выполнены в виде каналов, проходящих через наконечник сваи и расположенных на одной линии со сквозными продольными боковыми каналами сваи.

Каналы в наконечнике сваи либо выполнены с переменным диаметром, который непрерывно изменяется по направлению к низу наконечника сваи, либо выполнены с двумя разными диаметрами, из которых наибольший диаметр находится на стороне наконечника сваи, обращенной вниз. Это позволяет установить на нижней стороне края наконечника сваи тросовый зажим, который благодаря изменению диаметра имеет упор, так что трос зафиксирован в наконечнике сваи.

Такую конструкцию, как правило, выполняют с сохранением гладкой поверхности наконечника сваи и, таким образом, отсутствия на нем какого-либо выступа. Данный факт будет преимуществом при установке фундаментной сваи в заданном положении и последующей установке наконечника сваи в заданном положении, так как ничто не будет мешать остроконечному наконечнику сваи углубляться в нижележащий грунт.

В третьем варианте выполнения изобретения в качестве средства крепления зажимов, работающих на растяжение, к наконечнику сваи используется муфта, в которой нижние части элементов, работающих на растяжение, после установки последних в сквозных отверстиях внутри наконечника сваи согнуты таким образом, что образуют фиксатор. Для сохранения гладкой формы наконечника сваи данные сгибы могут располагаться в углублениях.

В четвертом варианте выполнения изобретения элементы, работающие на растяжение, могут быть заделаны в наконечник сваи. То есть во время формирования наконечника сваи часть элементов, работающих на растяжение, помещают в форму, в которой отливается наконечник сваи. Элементы, работающие на растяжение, помещаемые в форму отливки наконечника сваи, могут быть свернуты или согнуты для придания наконечнику сваи большей прочности, а также для усиления крепления наконечника сваи.

В пятом варианте выполнения изобретения во время формирования наконечника сваи могут быть образованы П-образные каналы, расположенные таким образом, что входное и выходное отверстия направленной вверх части такого П-образного канала примерно соответствует двум противолежащим боковым каналам сваи.

Таким образом, элемент, работающий на растяжение, например трос, может тянуться от верха фундаментной сваи вниз через сквозной продольный боковой канал, далее вниз через П-образный канал острия сваи, а затем вверх снова через противоположный сквозной продольный боковой канал, что, в свою очередь, обеспечивает отсутствие в наконечнике сваи крепежных средств наподобие хомутов и различных соединений.

Для удержания всей подошвы на месте в сквозной продольной полости и в тесной связи с нижней частью сваи во время транспортировки, монтажа и установки наконечник сваи сконструирован с верхней частью, форма которой в целом соответствует форме поперечного сечения по меньшей мере одной сквозной продольной полости и которая сужается кверху симметрично относительно осевой линии наконечника сваи.

Такая форма верхней части обеспечивает возможность установки и частичной фиксации наконечника сваи в сквозной продольной полости в нижней части фундаментной сваи во время транспортировки и установки наконечника сваи.

Более того, благодаря такой форме верхней части наконечник сваи устанавливается в положении, в котором его практически невозможно сдвинуть при столкновении с камнем или аналогичным препятствием во время установки сваи. Таким образом обеспечивается постоянное нахождение наконечника сваи под фундаментной сваей.

Кроме того, сужение верхней части наконечника предназначено для того, чтобы во время установки армирующего устройства в сквозной продольной полости последняя давила сверху на конусообразную часть и заставляла арматурные элементы разворачиваться и тем самым раскрываться во внешнем направлении по отношению к фундаментной свае.

Снизу наконечник сваи имеет сужающуюся форму и/или форму плоского диска. Форма внешней нижней части наконечника сваи зависит от типа грунта, в котором устанавливают сваю. Например, наконечник сваи с конической нижней частью будет использоваться, когда фундаментную сваю устанавливают под давлением, путем вибрации и/или путем забивки в грунт, так как данная форма помогает пробить поверхность грунта. При установке сваи в предварительно пробуренном отверстии возможно также использование наконечника сваи с нижней частью в форме плоского диска.

Когда фундаментная свая установлена в заданном положении, предоставляется возможность опустить наконечник сваи глубже в землю под давлением, например, при помощи поршня. При этом между наконечником сваи и нижней частью сваи образуется пространство, соответствующее длине свободного участка элемента, работающего на растяжение.

В данную область затем будет залит под давлением наполнитель, формирующий расширенную подошву, диаметр которой превышает диаметр внешней окружности фундаментной сваи, что обеспечит повышенное сопротивление сваи растягивающему усилию, действующему на полученную в результате заливки сваю.

Для большего укрепления данной расширенной подошвы на нижнем конце сквозной продольной полости сваи устанавливают армирующее устройство, находящееся в сложенном, нежестко закрепленном состоянии и содержащее несколько сочлененных арматурных деталей, подвижно расположенных одним концом вокруг центрального кольцевого элемента, при этом свободный конец каждой арматурной детали имеет такую форму, что он по меньшей мере выступает над центральной линией верхней части наконечника сваи.

Благодаря использованию сваи со сквозной продольной полостью обеспечена возможность при последующей установке сваи в заданном положении оснастить сваю усиливающими элементами или наполнителем с формированием прочной подошвы для амортизации растягивающего усилия.

В одном варианте выполнения изобретения армирующее устройство выполнено с несколькими арматурными деталями, подвижно расположенными вокруг центрального кольцевого элемента с возможностью вращения вокруг данного кольцевого элемента и раздвигания наружу от нижней части сваи.

В качестве данного центрального кольцевого элемента может применяться кольцо, на котором смонтировано несколько арматурных деталей, прикрепленных при помощи кольцевого соединения или шарнирного соединения.

Арматурные детали обладают изогнутой формой, и, таким образом, часть арматурной детали при ее установке на центральном кольцевом элементе, который, в свою очередь, устанавливается в сквозной продольной полости сваи, изогнута назад через осевую линию верхней части наконечника сваи. Данный изгиб и сужающаяся кверху форма наконечника сваи служат факторами, обеспечивающими раскрытие и распространение арматурных деталей в радиальном направлении относительно центра наконечника сваи, при опускании арматурных деталей под давлением вниз над наконечником сваи заостренной формы.

Внешний диаметр центрального кольцевого элемента может приблизительно соответствовать диаметру сквозной продольной полости или уступать ему. И в том, и в другом случае арматурные детали должны быть сложены внутрь по меньшей мере в одной точке. При этом во время опускания под давлением через сквозную продольную полость они касаются ее боковых стенок, так что при опускании под давлением армирующее устройство перемещается по направляющей.

Центральный кольцевой элемент может быть выполнен в виде круглого элемента с несколькими углублениями, в которых могут быть закреплены арматурные детали при помощи фиксирующих устройств. В качестве фиксирующего устройства может служить кольцо, прикрепленное к круглому элементу, благодаря чему углубления перекрыты и арматурные детали зафиксированы.

При использовании тросов в качестве элементов, работающих на растяжение, наконечник сваи и/или нижняя часть сваи оснащается углублениями для размещения свободного участка элементов, работающих на растяжение, при этом подразумевается, что при установке сваи тросы не будут перемещать вверх через сваю. Кроме того, данные углубления полезны, когда тросы зафиксированы при помощи литья в одной или нескольких точках в продольных боковых каналах.

Наконечник сваи или ее нижняя часть имеет углубления, в которых может располагаться свернутый или загнутый вверх трос. Таким образом, трос может оставаться спрятанным и при этом не допускать отделения наконечника сваи от сваи во время транспортировки и установки сваи.

Данные углубления могут быть спроектированы в непосредственной близости от впускных отверстий для ввода элементов, работающих на растяжение, в наконечнике сваи или в углублениях на конце сваи. При разматывании свободного участка троса во время опускания под давлением наконечника сваи не происходит спутывания троса, приводящего к возникновению концентрации напряжений при действии на трос растяжения, из-за чего уменьшается способность троса к работе на растяжение.

Для дальнейшего увеличения сопротивления сваи при растяжении и уменьшения вероятности бокового смещения сваи сквозная продольная полость соединена по меньшей мере в одной точке с внешней стороной сваи по меньшей мере одним поперечным и направленным вниз заливочным каналом.

Данные заливочные каналы предоставляют возможность выжимать наполнитель в заданных точках вдоль рабочего канала, т.е. на разных уровнях, образовывая таким образом прилив, создающий сопротивление растягивающему и сжимающему усилиям на внешней стороне сваи. Через эти заливочные каналы могут быть также пропущены арматурные стержни, которые, взаимодействуя с отверждающимся наполнителем, будут формировать армированный прилив, имеющий большую прочность, чем неармированный.

Заливочные каналы могут быть расположены в разных плоскостях перпендикулярно продольным осям сваи, и, как правило, по меньшей мере один заливочной канал расположен таким образом, что выходные отверстия заливочных каналов равномерно распределены приблизительно в одной плоскости на внешней стороне сваи, в результате чего посредством нагнетания материала через внутреннюю продольную полость в свае и заливочные каналы вокруг сваи на разной глубине формируются приливы. Таким образом, сопротивление фундаментной сваи растяжению увеличивается, и, кроме того, фундаментная свая защищена от бокового смещения независимо от направления, в котором на сваю воздействует растягивающее усилие.

В качестве вещества, нагнетаемого в окружающий слой грунта для формирования приливов или подошвы, может использоваться цементная смесь, бетон, жидкий строительный раствор или отверждающаяся пластмасса. Главным требованием к заливаемому материалу является его способность вступать в реакцию или связываться с элементами, работающими на растяжение, наконечником сваи, и/или нижней частью сваи и, возможно, с боковой поверхностью сваи. После отверждения такого наполнителя он надежно связывается со сваей.

Для достижения еще большей надежности и прочности соединения между наполнителем и сваей поверхность отдельных частей сваи может иметь неровную форму, например, быть покрыта выемками или небольшими выступами. Данное усовершенствованное сцепление, в свою очередь, усилит сопротивление фундаментной сваи растяжению.

В одном варианте выполнения изобретения верхние заливочные каналы расположены так, что верхний прилив будет сформирован на глубине около 2 метров, то есть там, где он не может участвовать в амортизации сжимающего и растягивающего усилий в свае, но вместо этого способствует стабилизации сваи и предотвращению ее бокового смещения, которое становится серьезной проблемой при установке сваи в мягком грунте, например в рыхлом песчаном грунте.

Для увеличения прочности фундаментной сваи и возможного уменьшения размеров сваи последняя может быть выполнена по меньшей мере с одним внешним армирующим устройством. Такое устройство может быть выполнено при формировании самой сваи или при последующем ее монтаже перед установкой и будет увеличивать сопротивление сваи боковому смещению и повреждению сваи при ее установке.

Для повышения быстроты и удобства прикрепления сваи к фундаменту верхняя часть по меньшей мере одной сквозной продольной полости может быть оснащена резьбой, так что для прикрепления свай к фундаменту могут быть использованы резьбовой стержень, болт или винт с гайкой.

В содержащих воду грунтах, например в песчаных, сформировать полость под фундаментной сваей представляется затруднительным. Для стабилизации такого пласта земли или песка в стенках сваи в ее нижней части может быть образовано несколько отверстий. Эти отверстия используются для нагнетания отверждающегося наполнителя в окружающий слой грунта, так что при застывании наполнителя происходит стабилизация этого слоя и, таким образом, появляется возможность формирования полости вокруг нижней части фундаментной сваи без нежелательного падения вещества или жидкости в полость вследствие пористого состояния этого слоя грунта или вследствие давления в нем воды.

Возможно также создание в полости повышенного давления, предотвращающего проникновение в полость воды из пластов земли или песка во время опускания под давлением через сваю армирующего устройства и формования подошвы, так что выдавливаемый наполнитель не стекает вниз по внешней стенке сваи, а вдавливается в окружающий слой грунта. Возможно в качестве альтернативы также замораживание грунта вокруг сваи, и, таким образом, лед сформирует преграду вокруг полости до тех пор, пока подошва не будет отлита.

Чтобы избежать использования железобетонной конструкции в фундаменте, изготавливают соединитель, предназначенный для использования в фундаментах башен, преимущественно башен для ветряка, и выполненный с первым монтажным кольцом для крепления к конструкции фундамента и вторым монтажным кольцом для крепления к башне, при этом первое и второе соединительные кольца скреплены по меньшей мере с одним соединителем.

Соединитель расположен как переходный элемент между нижней частью башни и фундаментом, то есть два монтажных кольца соединителя должны подходить по размеру соответствующим им монтажным частям нижней части башни и фундамента. Следовательно, отношение внешней окружности первого монтажного кольца к внешней окружности второго монтажного кольца могут быть следующими:

- размер внешней окружности первого монтажного кольца примерно равен размеру внешней окружности второго монтажного кольца;

- размер внешней окружности первого монтажного кольца меньше размера внешней окружности второго монтажного кольца; или

- размер внешней окружности первого монтажного кольца больше размера внешней окружности второго монтажного кольца.

Как правило, фундамент башни амортизирует два типа сил:

- вертикальную нагрузку (сжимающее усилие) в виде собственного веса башни и возможной дополнительной конструкции, например ветряка, а также

- момент от воздействия силы ветра на башню и возможную дополнительную конструкцию. Данный момент амортизируется в конструкции фундамента как равномерно распределенное растягивающее усилие и сжимающее усилие.

Как правило, размеры фундамента башни задают с таким расчетом, чтобы он обеспечивал амортизацию только сжимающего усилия. При этом фундаменту трудно амортизировать растягивающее усилие. При использовании типового фундамента с железобетонной конструкцией растягивающее усилие в значительной степени амортизируется собственным весом фундамента.

При установке высоких башен растягивающее и сжимающее усилия возрастают в гораздо большей степени, нежели размеры фундамента, поэтому необходимо предусматривать амортизацию растягивающего усилия. Выгодным решением в данном случае может стать использование свайного фундамента, в котором сваи имеют конструкцию, обеспечивающую лучшую амортизацию относительно большого растягивающего усилия и передачу его на окружающий слой грунта.

В фундаментах высоких башен или башен, возведенных на мягком грунте, как правило, применяется укладка свайного фундамента под всем фундаментом для обеспечения одинаковой несущей способности всего фундамента с точки зрения сжимающего усилия. Однако данный способ не является лучшим для обеспечения одинаковой несущей способности с точки зрения сжимающего усилия, так как фундаментные сваи, расположенные ближе к центру башни, недостаточно отстоят от вертикальной центральной плоскости башни для амортизации растягивающего усилия, соответствующего размеру свай. Такой способ укладки фундамента влечет за собой использование излишне большого количества фундаментных свай для амортизации усилий, в особенности растягивающего усилия.

В соответствии с данным изобретением это количество свай может быть уменьшено благодаря использованию описанного соединителя в соединении со сваями специальной конструкции, при этом несколько свай расположено на достаточном расстоянии от центра башни и в силу этого используются оптимальным образом для амортизации растягивающего усилия, соответствующего их размерам. Это свойство является важнейшим преимуществом изобретения, так как стоимость фундаментной сваи, включая транспортировку, установку в землю и прикрепление к соединителю, оценивается в размере 4000-8000 датских крон, а длина каждой фундаментной сваи составляет 15-30 м.

Для обеспечения оптимального распределения растягивающего и сжимающего усилий, вызванных в результате воздействия собственного веса конструкции и силы ветра, предпочтительно использование такой конструкции соединителя, в которой размер внешней окружности первого монтажного кольца больше размера внешней окружности второго монтажного кольца.

Для равномерного распределения растягивающего и сжимающего усилий, действующих на соединитель, последний может быть оснащен первым монтажным кольцом, имеющим по меньшей мере два отверстия для прикрепления соединителя к фундаментной конструкции, равномерно распределенных на первом монтажном кольце. Распределение отверстий на первом монтажном кольце обуславливает оптимальную передачу растягивающего и сжимающего усилий вне зависимости от того, как воздействует ветер на башню. Отверстия, которые могут быть оснащены внутренней резьбой, обеспечивают возможность крепления соединителя к фундаменту посредством соединения с болтом и/или гайкой. Такой способ более удобен и надежен, чем, например, сварка на месте. В предпочтительном варианте выполнения соединителя по окружности первого монтажного кольца выполнено 20-30 отверстий.

Для выполнения соединителя из заготовки меньших размеров и одновременно с обязательным обеспечением амортизации передаваемых с башни на фундаментную конструкцию растягивающего и сжимающего усилий первое монтажное кольцо и по меньшей мере один соединитель соединены по меньшей мере с одним арматурным элементом. Для сохранения статического состояния данные арматурные элементы могут быть либо равномерно распределены вокруг первого монтажного кольца при помощи непрерывного соединителя, либо распределены и соединены с несколькими отдельными соединителями, либо установлены в одном положении, заданном при помощи статистических расчетов, для амортизации усилия, имеющего место большую часть времени, например в местности с одним преобладающим направлением ветра, вследствие чего на башню однонаправленно воздействует сила ветра.

В предпочтительном варианте выполнения соединителя на первом монтажном кольце выполнено четное количество отверстий и арматурных деталей, которые равномерно распределены вокруг первого монтажного кольца, соединенного непрерывным соединителем. Отверстия и арматурные детали расположены таким образом, что каждая арматурная деталь находится между двумя отверстиями на равном расстоянии от них. Кроме того, обеспечено наличие места для монтажа и демонтажа болта и/или гайки.

Для равномерного распределения растягивающего и сжимающего усилий на соединитель последний может быть оснащен вторым монтажным кольцом, имеющим по меньшей мере два отверстия для прикрепления соединителя к башне. Эти отверстия равномерно распределены на втором монтажном кольце. Распределение отверстий на втором монтажном кольце обусловливает оптимальную передачу растягивающего и сжимающего усилий вне зависимости от того, как воздействует ветер на башню. Отверстия, которые могут быть оснащены внутренней резьбой, обеспечивают возможность крепления соединителя к нижней части башни посредством соединения с болтом и/или гайкой. Такой способ более удобен и надежен, чем, например, сварка на месте.

В предпочтительном варианте выполнения соединителя на втором монтажном кольце образованы 15-30 отверстий. Количество отверстий во втором монтажном кольце не обязательно совпадает с количеством отверстий в первом монтажном кольце, однако оно задано размерами соединения болт/гайка и местом, необходимым для его монтажа и демонтажа.

Еще в одном предпочтительном варианте выполнения изобретения конструкция соединителя позволяет осуществлять его крепление к фундаментной конструкции при помощи болтов и/или гаек, при этом соединитель либо выполнен за одно целое с нижней частью башни, либо приварен к башне. Такая конструкция позволяет осуществлять производство и транспортировку соединителя вместе с башней и, следовательно, на месте избежать необходимости подгонки и установки соединителя на башне.

Соединитель состоит из непрерывных соединительных элементов или разрывных соединительных элементов и двух монтажных колец, причем первое и второе монтажные кольца могут быть выполнены в соответствии по меньшей мере с одной из нижеприведенных комбинаций:

- первое и второе монтажные кольца выполнены кольцеобразными,

- первое кольцо выполнено в виде пластины, а второе выполнено кольцеобразным,

- первое выполнено кольцеобразным, а второе - в виде пластины, и

- первое и второе монтажные кольца выполнены в виде пластин.

При монтаже соединителя, содержащего непрерывный соединительный элемент и первое и второе монтажные кольца в виде пластин (замкнутый соединитель), доступ для крепления соединителя к фундаментной конструкции и нижней части башни может быть открыт через люк, расположенный в диске второго монтажного кольца или в соединительном элементе.

Преимущество использования соединителя, выполненного в виде замкнутого элемента, состоит в возможности защиты болтов с гайками от коррозионного воздействия окружающей среды, например морской воды.

Для приспособления соединителя к различным типам башен и фундаментных конструкций применяют соединители следующих геометрических форм: усеченного конуса, усеченной пирамиды, призматоида или обелиска.

При использовании соединителя вместо железобетонной конструкции в малом или среднем ветряке выгодным с производственной точки зрения оказывается применение соединительного элемента в форме усеченной пирамиды, призматоида или обелиска, так как эти формы просты при производстве и монтаже, а потому недороги.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения соединитель выполнен так, что вся внешняя окружность второго монтажного кольца присоединена непрерывным соединительным элементом ко всей внешней окружности нижележащего первого монтажного кольца, причем оба монтажных кольца являются кольцеобразными. Данный вариант выполнения изобретения позволяет уменьшить размеры непрерывного соединительного элемента и установить большое количество арматурных деталей, равномерно распределенных вокруг первого монтажного кольца. Кроме того, между нижней частью башни и фундаментом образуется естественное сопряжение.

Еще одной целью изобретения является создание способа использования соединителя при укладке фундамента башни.

Для использования описанного соединительного элемента при укладке фундамента башни необходимо:

- разместить фундамент на грунте и/или в грунте,

- установить соединительный элемент непосредственно на фундаменте и прикрепить его к ней, и

- установить башню на соединительном элементе и прикрепить ее к нему.

Кроме того, фундамент может содержать по меньшей мере одну фундаментную сваю, размещенную в земле, находящуюся на расстоянии от центра фундамента и установленную под углом 0-90 градусов, предпочтительно 0-45 градусов к вертикальной плоскости.

Тот факт, что свая расположена под углом к вертикальной плоскости, обеспечивает большую несущую способность фундаментной конструкции, так как толща земли вокруг сваи усиливает несущую способность фундаментной конструкции по отношению к растягивающему усилию. Когда сваи расположены близко друг относительно друга, они способны вытянуть одну и ту же массу грунта. Однако при установке свай с наклоном по отношению друг к другу каждая свая вытягивает большую массу грунта или вводится в большую массу грунта. Однако наиболее предпочтительным углом отклонения от вертикальной плоскости является угол 0-45 градусов, так как несущая способность фундаментной конструкции с точки зрения сжижающего усилия значительно уменьшается при установке свай под углом более 45 градусов к вертикальной плоскости.

Способ установки сваи и армирования подошвы при помощи армирующего устройства включает следующие этапы:

- установку сваи в заданном положении под давлением, путем забивки или путем опускания в предварительно пробуренную скважину,

- опускание под давлением сложенного армирующего устройства сквозь по меньшей мере одну сквозную продольную полость сваи,

- по достижении армирующим устройством нижнего конца сваи перемещение его под давлением еще на некоторое расстояние вниз; при этом приводятся в действие средства раздвигания арматурных деталей армирующего устройства с образованием таким образом сети, состоящей по меньшей мере из арматурных деталей армирующего устройства, и

- подачу под давлением сквозь указанную по меньшей мере одну сквозную продольную полость сваи отверждающегося наполнителя, так что нижняя часть сваи и развернутое армирующее устройство оказываются заделаны в единой отливке для образования армированной подошвы, размеры которой превышают размеры самой фундаментной сваи.

Данный способ позволяет использовать фундаментную сваю как относительно сжимающего, так и относительно растягивающего усилий, возникающих под воздействием конструкции, к которой прикреплен фундамент. Также данный способ позволяет установить армирующее устройство в заданном положении и раздвинуть его с образованием арматуры, равномерно распределенной в подошве, и таким образом увеличить сопротивление сваи сжимающему усилию, вызванному, например, действием ветра.

Выбор способа установки сваи: под давлением, путем забивки или путем опускания в предварительно пробуренную скважину зависит от типа грунта, в котором устанавливается свая. В очень мягких грунтах и областях, не подверженных вибрациям, применяется установка под давлением или опускание в предварительно пробуренную скважину. В областях с твердым грунтом и вдали от других строительных конструкций может применяться забивка свай. Однако при забивке сваи необходимо убедиться в том, что свая изготовлена из материала, обладающего достаточной прочностью для сопротивления многократно повторяющимся ударам, либо конструкция сваи оснащена необходимым внешним армированием.

Важно, чтобы значительная часть верхней части армирующего устройства при установке не оставалась в фундаментной свае, а также чтобы по достижении армирующим устройством нижнего конца сваи оно было опущено под давлением вниз на некоторое расстояние, чтобы таким образом обеспечить раздвигание армирующего устройства без помех со стороны нижней части сваи, которая может помешать полному раздвиганию армирующего устройства в нижележащей полости.

При нагнетании наполнителя в пространство между армирующим устройством и дном сваи данный наполнитель заливает элементы, работающие на растяжение, которые вместе с арматурными деталями обеспечивают подошве большую сопротивляемость относительно растягивающего и сжимающего усилий, которым она подвержена.

В варианте выполнения изобретения, в котором армирующее устройство содержит трубы для элементов, работающих на растяжение, они вместе с арматурными деталями залиты в подошве, вследствие чего они обеспечивают подошве или свае большую сопротивляемость относительно растягивающего и сжимающего усилий, которым она подвержена.

Чтобы обеспечить размещение армирующего устройства на необходимой глубине, к вышеописанному способу может быть добавлен следующий этап. После установки фундаментной сваи наконечник сваи опускают под давлением и/или забивают глубже в землю при помощи поршня и/или забивочного инструмента, так что расстояние между наконечником сваи и нижней частью сваи по большей мере соответствует длине свободного участка элемента, работающего на растяжение.

Для забивки армирующего устройства сваи глубже в землю может использоваться, например, поршень или забивочный инструмент, причем поршень управляется гидравлическим, пневматическим или электрическим двигателем, который опускает армирующее устройство под давлением с постоянной скоростью до тех пор, пока не растянутся элементы, работающие на растяжение, и не раздвинутся арматурные детали.

В случае, когда в качестве элементов, работающих на растяжение, используются стержни, армирующее устройство вместе с наконечником сваи может быть опущено под давлением в низлежащий слой земли на произвольно выбранную глубину, однако с учетом возможности закачать наполнитель в таком количестве, что он захватит наконечник сваи и нижний конец сваи и одновременно сформирует подошву, размеры которой превышают размеры сваи. Если пространство между наконечником сваи и сваей станет слишком большим, будет практически невозможно с технической точки зрения закачать в него такую большую массу наполнителя, чтобы данные элементы соединились.

В зависимости от грунтовых условий к вышеуказанному способу можно также добавить еще один этап, заключающийся в том, что перед опусканием под давлением сложенного армирующего устройства под нижней частью сваи формируют полость с использованием устройства для подготовки грунта.

Кроме того, устройство для подготовки грунта может использоваться, например, для удаления вещества, забивающегося в сваю и поднимающегося по свае во время ее забивки. В качестве устройства для подготовки грунта может использоваться, например, механическая буровая установка, пескоструйный аппарат, устройство для подачи сжатого воздуха, устройство для очистки под высоким давлением или аналогичные устройства, которые могут быть опущены сквозь сваю для удаления нежелательных веществ из внутренней части сваи или из-под нижней части сваи.

Выбор типа устройства для подготовки грунта зависит от грунтовых условий, так как на разных грунтах применяются разные типы устройств для подготовки грунта. Например, в грунте с большим содержанием песка оптимальным решением будет вымывание песка при помощи, например, устройства для очистки под высоким давлением.

В случае формирования под нижней частью сваи полости с использованием устройства для подготовки грунта к вышеуказанному способу могут быть добавлены следующие этапы:

- по достижении армирующим устройством нижнего конца фундаментной сваи его опускают под давлением в нижележащую полость до тех пор, пока стопоры на верхней части армирующего устройства не установятся во взаимодействии с внутренней стороной сваи, а

- затем арматурные детали оттягивают, чтобы убедиться, что армирующее устройство находится в плотном соединении с нижним концом сваи.

Эти шаги обеспечивают размещение армирующего устройства в непосредственной близости от нижней части сваи, и, таким образом, армирующее устройство и нижняя часть сваи заливаются наполнителем вместе.

Применение стопоров также позволяет избежать разрушения наполнителя нижней кольцеобразной части сваи под воздействием сжимающего усилия от фундамента, так как вес, вызывающий возникновение сжимающего усилия, передается со сваи на подошву через стопорную поверхность стопоров, суммарная площадь которых больше, чем площадь поперечного сечения нижней части трубчатой сваи.

Для раздвигания арматурных деталей в полости для обеспечения оптимального армирования подошвы к вышеуказанному способу добавляется один из следующих шагов, при этом в качестве средств раздвигания арматурных деталей используют:

- пружинное кольцо, которое раздвигает трубы наружу и таким образом заставляет перемещаться наружу арматурную деталь благодаря ее шарнирному соединению, так что формируется сеть, содержащая трубы, арматурные детали и центральный кольцевой элемент,

- раздвижной механизм, управляющий арматурными деталями, когда последние распадаются наружу под воздействием силы тяжести, при достижении армирующим устройством полости под сваей, так что формируется сеть, содержащая трубы, арматурные детали и центральный кольцевой элемент,

- взрывное устройство, раздвигающее арматурные детали в результате взрыва.

Все три вышеописанных этапа, направленных на раздвигание арматурных деталей приводят к тому, что арматурные детали оказываются распространены в подошве, в максимально возможной степени, в результате чего прочность подошвы усилена.

Раздвижной механизм - это механизм, который помимо раздвигания арматурных деталей предоставляет арматурной детали, закрепленной в определенном положении, защиту от сваи до тех пор, пока арматурные детали не отлиты в подошве. Раздвижной механизм может быть приведен в действие при нажатии на него поршнем, перемещаемым вниз в продольной полости сваи.

При использовании армирующего устройства вместе с наконечником сваи раздвигание арматурных деталей происходит при нажатии поршнем на кольцевой элемент армирующего устройства, после чего арматурные детали проводят через соединение, установленное между трубой и арматурной деталью, посредством чего арматурные детали раздвигаются наружу.

Для формирования полости, связанной с нижней частью фундаментной сваи, предпочтительно имеющей цилиндрическую форму, к способу, указанному вначале, может быть добавлен следующий этап:

- устройство для подготовки грунта опускают вниз через рабочий канал,

- обрабатывают слой земли под сваей с использованием устройства для подготовки грунта,

- формируют под сваей полость,

- вытаскивают устройство для подготовки грунта наверх через рабочий канал.

В качестве устройства для подготовки грунта может использоваться одно из многих возможных устройств, которые могут быть опущены вниз через продольную полость в свае, для формирования полости в окружающем участке грунта. Это может быть, например, механическая буровая установка, которая во время опускания ее через продольную полость в свае сложена, а по достижении нижнего конца сваи раскладывается и сверлит окружающий слой земли до заданного диаметра.

В качестве устройства для подготовки грунта может также использоваться взрывное устройство, которое опускают вниз через продольную полость в свае и устанавливают в пространстве между наконечником сваи и сваей, а затем детонируют. Таким образом, под действием силы давления взрывной волны образуется полость. Однако данный способ необходимо использовать с осторожностью, так как взрыв может повредить элементы, работающие на растяжение, наконечник сваи и нижний конец сваи.

В качестве варианта может также использоваться вымывание под высоким давлением. В этом случае устройство для вымывания под высоким давлением опускают вниз через продольную полость в свае в вымываемое пространство между наконечником сваи и сваей, при этом излишки воды и почвы откачивают через рабочий канал. Таким образом, остается полость, которая может быть заполнена наполнителем, в котором будут заделаны указанные детали.

Однако при некоторых типах грунта использование устройства для подготовки грунта представляется излишним. Вместо этого можно применить впрыскивание наполнителя через длинную трубу, пропущенную через трубчатую фундаментную сваю. Данный способ лучше всего применять на мягких грунтах.

Может также быть использован наконечник сваи, защищающий сваю от веществ, которые при забивке сваи могут проникать внутрь сваи и подниматься по ней.

Для увеличения предела прочности сваи на растяжение и сжатие и для минимизации риска ее бокового смещения к вышеупомянутому способу может быть добавлен еще один этап, при котором для формирования вокруг внешней окружности сваи по меньшей мере одного прилива по меньшей мере через одну продольную полость сваи вводят массу отверждающегося наполнителя, выходящего наружу через заливочные каналы, связанные с этой полостью.

Этот этап выполняют непосредственно после установки сваи в заданном положении или позднее в течение технологического срока службы сваи. В результате можно скорректировать, например, кривизну сваи или погрешности в положении сваи. Таким образом, обеспечена возможность корректировки возникших погрешностей установки в боковом направлении.

Заливочные каналы могут быть в дальнейшем использованы для удаления сваи по окончании технологического срока службы здания, так как в настоящее время при сносе здания требуется удаление материала из земли на максимально возможной глубине. Заливочные каналы могут быть в дальнейшем использованы для выдавливания или распыления смазочных агентов, способных растворять цементную смесь или смазывать внешнюю сторону сваи, облегчая ее вынимание.

Однако при вынимании сваи могут возникать проблемы с подошвой.

Следовательно, в качестве решения проблемы можно применить обрезку элементов, работающих на растяжение. Если элементы, работающие на растяжение, расположены в боковых каналах, но не заделаны в них, сваю можно вытащить, оставив в земле наконечник сваи и подошву.

Если подошва прикреплена к дну сваи, можно использовать продольные полости внутри сваи для опускания взрывного устройства, которое размещают непосредственно наверху подошвы и таким образом взрывают подошву или отделяют ее от сваи при детонации взрывного устройства, что позволяет вытащить сваю.

В случае выполнения свай с боковыми каналами, в которых элементы, работающие на растяжение, могут осуществлять свободное продольное перемещение, сваи могут быть составлены из модулей в целях упрощения их транспортировки и производства. Таким образом, на месте производства или забивки сваи один за другим добавляют модули и только пропускают элементы, работающие на растяжение, через каждый следующий модуль.

Таким образом, становится возможной установка свай в местах, где неизвестно, на какую глубину следует погружать нижнюю часть сваи. Необходимо, однако, применять элементы, работающие на растяжение, такой длины, чтобы независимо от глубины установки сваи часть элемента выдавалась бы над верхним краем сваи.

Для предотвращения растворения наполнителя, вводимого при формировании подошвы, перед установкой армирующего устройства и заливкой подошвы в полость под сваей может быть введена защитная жидкость, препятствующая поступлению воды в слой грунта до отверждения наполнителя. В качестве такой защитной жидкости может использоваться смесь, например, желатина, цементного теста или аналогичного материала, который может быть вытеснен введенным наполнителем, когда подошва сваи отлита. Можно также использовать заморозку грунта.

Краткое описание изобретения

Сущность изобретения раскрывается ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1а изображает фундаментную сваю с армирующим устройством,

фиг.1b изображает фундаментную сваю с армирующим устройством,

фиг.1с изображает фундаментную сваю с армирующим устройством,

фиг.2 изображает сложенное армирующее устройство,

фиг.3 изображает армирующее устройство в частично раздвинутом положении,

фиг.4 изображает раздвинутое армирующее устройство,

фиг.5 изображает вид сверху армирующего устройства,

фиг.6 изображает кольцевой элемент, выполненный в соответствии с изобретением,

фиг.7а изображает фундаментную сваю в поперечном сечении со сложенным армирующим устройством,

фиг.7b изображает фундаментную сваю в поперечном сечении с раздвинутым армирующим устройством,

фиг.8 изображает нижнюю часть фундаментной сваи, расположенную в грунте, и иллюстрирует формирование полости под сваей,

фиг.9 изображает нижнюю часть фундаментной сваи, в которой в соответствии с изобретением установлено армирующее устройство,

фиг.10 изображает нижнюю часть фундаментной сваи с раздвинутым армирующим устройством,

фиг.11 изображает нижнюю часть фундаментной сваи, в подошве которой заделано армирующее устройство,

фиг.12а изображает фундаментную сваю в поперечном сечении со сложенным армирующим устройством,

фиг.12b изображает вид сверху раздвинутого армирующего устройства,

фиг.13 изображает еще один вариант выполнения армирующего устройства,

фиг.14 изображает фундаментную сваю с наконечником сваи и армирующим устройством,

фиг.15 иллюстрирует установку сваи с наконечником,

фиг.16 изображает еще один вариант выполнения фундаментной сваи, наконечника сваи и армирующего устройства,

фиг.17 иллюстрирует установку фундаментной сваи в вышеуказанном варианте выполнения,

фиг.18 иллюстрирует установку еще одного варианта выполнения наконечника сваи в соответствии с изобретением,

фиг.19 изображает фундаментную сваю с приливами,

фиг.20 изображает вид фундаментной сваи в увеличенном масштабе с заливочными каналами,

фиг.21 изображает фундаментную сваю с арматурой и приливами,

фиг.22 изображает укрупненный вид фундаментной сваи с арматурой и заливочными каналами,

фиг.23а изображает еще один вариант выполнения армирующего устройства,

фиг.23b изображает армирующее устройство, представленное на фиг.23а,

фиг.23с изображает армирующее устройство, представленное на фиг.23а, в раздвинутом положении,

фиг.24 изображает вид в увеличенном масштабе армирующего устройства, представленного на фиг.23с, и

фиг.25 изображает соединитель.

Подробное описание изобретения

На фиг.1а, 1b и 1с показано, как армирующее устройство опускают под давлением сквозь сваю 2 и разворачивают в нижележащей полости 3.

Армирующее устройство 1 содержит арматурные детали 4, которые соединены шарнирами с расположенным по центру кольцевым элементом 5 и соединены с фундаментной сваей 2 при помощи элементов 6, работающих на растяжение.

Фундаментная свая 2 установлена в грунте таким образом, что верхний ее конец возвышается над поверхностью 7 земли.

На фиг.2 изображено армирующее устройство 1, которое находится в сложенном положении в нижней части фундаментной сваи 2. Армирующее устройство 4 шарнирно соединено с расположенным по центру кольцевым элементом 5, который соединен с элементами 6 при помощи резьбового соединения 11 с использованием пластины.

Нижняя и верхняя части элементов 6 соединены соединением 9, в данном варианте резьбовым соединением, с использованием пластины. Соединение 9 оснащено стопорами 8.

На фиг.3 изображено армирующее устройство 1, расположенное непосредственно под нижней частью сваи 2 и находящееся в частично раздвинутом положении.

Арматурные детали 4, состоящие из сети из стержней, соединены с раздвижным механизмом 10, обеспечивающим равномерное раздвигание арматурных деталей 4 на определенный угол.

Фиг.4 изображает полностью раздвинутое армирующее устройство 1. Механизм 10 удерживает арматурные детали 4 на месте до тех пор, пока подошва (на чертеже не показана) не будет отлита.

Стопоры 8 встали на место таким образом, что они упираются в нижний край фундаментной сваи 2.

Некоторое количество тросов 12 соединяет арматурные детали друг с другом, чтобы обеспечить дополнительное армирование подошвы (на чертеже не показана).

На трех фиг.2-4 проиллюстрирован поворот арматурных деталей 4 вокруг кольцевого элемента 5 при раздвигании армирующего устройства 1.

На фиг.5 изображен вид сверху раздвинутого армирующего устройства 1, в котором арматурные детали 4 соединены при помощи троса 12 с образованием армирующей сети для армирования подошвы (на чертеже не показана) наподобие паутины.

На фиг.6 изображен кольцевой элемент 5 с прямостоящей круговой стенкой 13, которая оснащена некоторым количеством углублений 14 и кольцевой кромкой 15. Количество углублений 14 в стенке 13 соответствует количеству арматурных деталей 4.

В концевой части арматурных деталей 4 находится подшипник 16, внутренний диаметр которого совпадает с внешним диаметром кольцевой кромки 15, так что арматурные детали 4 могут быть установлены на кольцевой кромке 15. Углубления 14 позволяют арматурным деталям 4 поворачиваться вокруг кольцевой кромки 15.

На фиг.7а показан вид в разрезе армирующего устройства 1, расположенного внутри фундаментной сваи 2. Соединение 9 выполнено в виде резьбового соединения с использованием пластины, причем пластинная часть этого соединения разделена на четыре части и имеет продолжение в виде стопора 8.

На фиг.7b изображен вид в разрезе раздвинутого армирующего устройства 1, в котором стопоры 8 упираются в нижний край фундаментной сваи 2.

На фиг.8 изображена фундаментная свая 2, установленная в грунте 17. В связи с нижней частью 18 фундаментной сваи 2 выполнена полость 3, расположенная под нижней частью 18 фундаментной сваи 2. Полость 3 образована благодаря тому, что через фундаментную сваю 2 опущена труба 19, через которую подается жидкость, воздух и т.п., так что излишнее вещество вытесняется вверх в промежуток между трубой 19 и внутренней стороной фундаментной сваи 2.

В зависимости от давления, приложенного к фундаментной свае 2, и ее длины возможен вариант, при котором излишнее вещество впитывается. Кроме того, для удаления излишков вещества из полости 3 может быть использовано некоторое сочетание сил всасывания и давления.

На фиг.9 изображена нижняя часть 19 фундаментной сваи 2, в которой установлено армирующее устройство 22, еще в одном варианте выполнения. Устройство содержит некоторое количество труб 20, через каждую из которых пропущен трос 21, соединенный с нижней частью трубы 20 при помощи тросового зажима 23. В верхней части труб 20 установлены стопоры 24. Как показано на чертеже, стопоры 24 имеют Г-образную форму поперечного сечения.

Между трубами 20 установлено пружинное кольцо 25, изображенное на данном чертеже в сжатом состоянии и удерживающее трубы 20 вдоль внутренней стороны фундаментной сваи 2 таким образом, что детали 26 и стопоры 24 служат направляющими для армирующего устройства 22 при опускании армирующего устройства под давлением внутри фундаментной сваи при помощи, например, поршня 28.

Армирующее устройство 22 также содержит кольцеобразные арматурные детали 26, закрепленные одним концом с возможностью перемещения вокруг кольцевого элемента 27. Кроме того, арматурные детали 26 при помощи шарнирного соединения 29 присоединены к трубам 20 с возможностью перемещения.

На фиг.10 изображено армирующее устройство 22, опущенное поршнем 28 под давлением под фундаментную сваю 2 в полость 3. Пружинное кольцо 25 разжато и давит на трубы 20, отжимая нижнюю часть труб 20 наружу относительно центра фундаментной сваи 2. Под воздействием раздвигающихся нижних частей труб 20 арматурные детали 26 также вынуждены раздвигаться при посредстве шарнирного соединения 29, так что детали 26 равномерно распределены в подошве (на чертеже не показана) в радиальном направлении.

В верхней части труб 20 стопоры 24 вошли на место, и, следовательно, при натяжении тросов 21 нижняя часть 19 фундаментной сваи 2 упирается в стопор 24.

В состоянии, изображенном на фиг.11, поршень (не показан) извлечен, и масса вещества-наполнителя 30 заполняет полость 3 и внутреннюю часть фундаментной сваи 2, заливая армирующее устройство, содержащее трубы 20, арматурные детали 26 и кольцевые элементы 31, вместе с нижней частью 19 фундаментной сваи 2 и образовывая подошву 32, размеры которой превышают размеры нижней части 19 фундаментной сваи 2.

На фиг.12а изображено поперечное сечение фундаментной сваи 2, в которой установлено армирующее устройство 22, содержащее некоторое количество труб 20, через которые пропущены тросы 21. Из чертежа видно, что внешний диаметр стопора 24 совпадает с внутренним диаметром фундаментной сваи 2.

На фиг.12b изображено армирующее устройство 22, раздвинутое под нижней частью фундаментной сваи 2. На чертеже показано, что арматурные детали 26 раздвинуты наружу от центра фундаментной сваи 2 и вместе с кольцевыми элементами 31, трубами 20 и тросами 21 формируют арматурную сеть, расположенную на требуемой глубине под нижней частью фундаментной сваи 2 в полости 3.

На фиг.13 изображен еще один вариант выполнения армирующего устройства 33, содержащего некоторое количество труб 20, через которые пропущены тросы 21, прикрепленные нижними концами к трубам 20 и кольцевым элементам 34, причем на верхних концах труб 20 прикреплены стопоры 24, каждый из которых в данном варианте соединен сразу с двумя трубами 20. Стопоры 24 здесь имеют Г-образную форму, что позволяет им зацепляться за нижний край 19 фундаментной сваи 2.

Кольцевые элементы 34 здесь изображены в раздвинутом положении, причем наиболее вероятно, что они раздвинуты при помощи взрывного устройства (не показано). Здесь изображены кольцевые элементы 34 двух размеров, поэтому соседние кольцевые элементы могут вкладываться друг в друга и соединены при помощи троса 21 или трубы 20, которые пропущены через углубления 35.

На фиг.14 изображена фундаментная свая 36, имеющая сквозную продольную полость 37 и наконечник 38, а также оснащенная некоторым количеством продольных боковых каналов 39, в каждом из которых установлен элемент 40, работающий на растяжение, в данном варианте представленный в виде троса.

Элемент 40 нижним концом соединен с наконечником 38 сваи. В изображенном варианте выполнения изобретения средства 41 крепления элементов 40 к наконечнику 38 выполнены в виде сквозных каналов 42 в наконечнике 38, которые на входе в наконечник 38 имеют один диаметр, а в нижней части наконечника 38 - другой, больший диаметр. Таким образом, элементы 40 могут быть закреплены, например, при помощи тросового зажима (не показан).

Снизу наконечник 38 имеет сужение 43, обеспечивающее забивку сваи 36 в землю. Сверху наконечник 38 имеет верхний отдел 44, форма которого соответствует форме внутренней сквозной продольной полости 37 сваи 36.

Верхняя часть верхнего отдела 44 выполнена с сужением 45, облегающим центрирование наконечника 38 в нижней части сваи 36. В то же время это сужение выполняет еще одну функцию: раздвигать арматурные детали 47 при установке армирующего устройства 46.

Армирующее устройство 46 также содержит кольцевые элементы, на которых установлено некоторое количество арматурных деталей 47, каждая из которых выполнена изогнутой.

В данном варианте выполнения изобретения в наконечнике сваи выполнены углубления 49, которые используются для укладки свободного конца 50 элемента 40, работающего на растяжение, когда наконечник 38 находится в непосредственном соединении с нижней частью сваи 36.

На фиг.15 изображены четыре состояния сваи 36 при ее установке. В состоянии А (крайнее левое изображение) наконечник 38 находится в непосредственном соединении со сваей 36. Также из чертежа видно, что верхний отдел 44 наконечника 38 размещен внутри сквозной продольной полости 37. Свободные концы 50 элементов 40 находятся в углублениях 49 наконечника сваи 38 в смотанном состоянии. Пунктирные линии указывают на смещение по оси наконечника 38 относительно сваи 36, которое имеет место при приложении силы, показанной стрелкой, изнутри сквозной продольной полости 37 на наконечник 38, толкающей его дальше вниз, так что свободные концы 50 элементов 40 удлиняются.

В состоянии В наконечник 38 опущен под давлением относительно нижнего конца сваи 36, так что свободные концы 50 элементов 40 полностью выпущены из углублений 49 путем разматывания.

Армирующее устройство 46, содержащее кольцевой элемент 48 с установленными на нем изогнутыми арматурными деталями, опускают через полость 37.

Арматурные детали 47 изогнуты по меньшей мере в одном месте, при этом свободные концы арматурных деталей 47 пересекают осевую линию полости 37.

В состоянии С на фиг.15 показано, что под действием поршня 51 армирующее устройство 46 опущено на верхний отдел 44 наконечника 38. Сужение 45 отдела 44 и изогнутая форма арматурных деталей 47 обусловливают раскрытие армирующего устройства 46 в результате давления поршня 51 на кольцевой элемент 48, так что арматурные детали 47 раздвигаются в радиальном направлении относительно осевой линии сваи 36.

В состоянии D на фиг.15 показано, что в полость 36 введен наполнитель 52. Из чертежа видно, что объем введенного наполнителя позволяет полностью или частично залить наконечник сваи 38, полностью развернутые арматурные детали 46 и нижний конец сваи 36.

Необходимо закачать наполнитель 52 в таком объеме, чтобы сформировать расширенную подошву 53 сваи 36, размеры которой превышают размеры нижней части сваи 36.

На фиг.16 изображен еще один вариант выполнения изобретения, в котором свая 36 имеет сквозную продольную полость 37 и некоторое количество продольных боковых каналов 39 для размещения в них элементов 40, работающих на растяжение.

В нижней части фундаментной сваи 36 находится некоторое количество углублений 54, в которых могут располагаться свернутые свободные концы 50 элементов, работающих на растяжение, когда наконечник сваи 38 находится в непосредственном контакте с нижней частью сваи 36. Нижняя сужающаяся часть наконечника 38 выполнена абсолютно гладкой, без видимых средств крепежа элементов 40 к наконечнику 38.

Верхний отдел 55 наконечника 38 имеет некоторое количество выступов 56, взаимодействующих с углублениями 54 в нижней части сваи 36, так что вращение наконечника сваи 38 во время транспортировки или установки предотвращено.

На фиг.17 изображена свая 36 в двух состояниях, имеющих место при ее установке. В первом положении наконечник 38 непосредственно соединен со сваей 36, а свободный конец 50 элемента 40 свернут и размещен в углублении в нижнем конце сваи 36.

В результате воздействия поршнем на верхний отдел 55 наконечника 38 последний опускается вниз с установкой в нижнем положении, показанном на фиг.17 пунктирной линией. При этом свободные концы 50 элементов 40 раздвигаются.

Для крепления элементов 40 к наконечнику 38 здесь используются сквозные каналы 57 в наконечнике 38. Каналы 57 здесь приблизительно имеют V-образную форму. Таким образом, элемент 40 размещается в боковом канале 39 в свае 36, тянется вниз до наконечника 38, проходит через канал 57, а затем поднимается вверх через противоположный боковой канал 39 в свае 36. В последнем состоянии наглядно видно, что свободные концы 50 элементов 40 полностью раздвинуты, а сам элемент 40 спускается вниз в один боковой канал 39 сваи 36, затем вниз через V-образный канал 57 в наконечник 38 и вверх через другой боковой канал 39 сваи 36.

На фиг.18 изображен еще один вариант выполнения изобретения, в котором наконечник 58 сваи имеет плоское дно 59 в форме диска, внешний диаметр которого соответствует внешнему диаметру сваи 36. В дне 59 выполнено некоторое количество отверстий 60, в которых могут располагаться свернутые свободные концы 50 элементов 40, работающих на растяжение, когда наконечник 58 находится в непосредственном соединении с нижней частью сваи 36.

В указанном варианте выполнения изобретения через верхний отдел 61 наконечника 58 и дно 59 проходит труба 62, через которую может заполняться полость 3 под сваей 58.

В следующем состоянии на фиг.18 наконечник 58 размещен в полости 3, а свободные концы 50 элементов 40 расправлены. В качестве средств крепления элементов 40 к наконечнику 58 в данном варианте выполнения изобретения используются тросовые зажимы 63, которые расположены в углублениях внутри наконечника 58 и до которых можно добраться со стороны дна наконечника 58.

Армирующее устройство 64 опускается под давлением, действующим на верхний отдел 65 наконечника 58.

В последнем положении на фиг.18 показано, что полость 3 заполнена наполнителем 52, который полностью заливает наконечник 58, свободные концы 50 элементов 40, арматурные детали 66 и нижнюю часть сваи 36 для формирования подошвы 67 сваи 36, размеры которой превышают размеры нижней части сваи 36.

На фиг.19 и 20 изображена свая 67 с приливами 68, образованными путем подачи наполнителя вниз через сквозную продольную полость 69 и наружу через заливочные каналы 70.

На фиг.21 и 22 изображена фундаментная свая 67, содержащая внешнюю арматуру 71, которая укрепляет фундаментную сваю 67 и приливы 68.

Арматура 71 может в дальнейшем быть использована в качестве направляющей для опускаемых в нее вакуумных шлангов 72, по которым под давлением поступает вниз вода или другая жидкость и, таким образом, вымывает грунт, который засасывается через вакуумные шланги 72. Вымывание грунта возможно осуществлять напротив выходных отверстий заливочных каналов 70, и таким образом возможно закачать большее количество наполнителя и тем самым создать более крупные и прочные приливы 68.

На фиг.23a, 23b и 23с изображен еще один вариант выполнения армирующего устройства 73, опускаемого под давлением через сваю 2 и раздвигаемого.

На фиг.24 изображен еще один вариант выполнения армирующего устройства 73, содержащего арматурные детали 74, соединенные шарнирами с расположенным по центру кольцевым элементом 5. Когда арматурные детали 74 находятся в раздвинутом состоянии, элемент 75, работающий на растяжение, за стопором 8 отклоняется. Для управления арматурными деталями 75 и усиления армирования наконечника сваи (не показан) арматурные детали 74 соединены стержнями или тросами 76 со стопорами 8 или с элементами 75.

На фиг.25 изображен соединительный элемент 80, содержащий второе монтажное кольцо 81, соединенное с первым нижележащим большим монтажным внешним кольцом 82 при помощи непрерывного соединителя 83. Арматурные детали 84 равномерно распределены по первому монтажному кольцу 82 и установлены таким образом, что они соединяют внутреннюю сторону соединителя 83 с верхней стороной кольца 82.

На кольце 82 находится некоторое количество отверстий 85 для присоединения соединителя к фундаменту (не показан). Отверстия 85 и арматурные детали 84 равномерно распределены по кольцу 82 и расположены таким образом, что каждая арматурная деталь 84 обеспечивает наилучшую разгрузку статических напряжений, при этом имеется место для монтажа и демонтажа болта с гайкой (не показаны) в отверстиях 85.

На втором монтажном кольце 81 находится некоторое количество отверстий 86, равномерно распределенных для присоединения соединителя к нижней части башни (не показана).

Изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами его выполнения, изображенными на чертежах. Прочие варианты выполнения изобретения, содержащие другие типы фундаментных свай, армирующих устройств, арматурных деталей, стопоров, а также другие способы установки фундаментной сваи и армирования ее подошвы при помощи армирующего устройства, также входят в объем изобретения, что оговорено в формуле изобретения.

1. Армирующее устройство для армирования подошвы сваи при закладке свайного фундамента с использованием фундаментной сваи, имеющей по меньшей мере одну сквозную продольную полость, отличающееся тем, что оно содержит несколько фигурных сочлененных арматурных деталей, шарнирно соединенных с расположенным по центру кольцевым элементом, так что армирующее устройство может находиться в сложенном состоянии, в котором оно находится при установке, и в развернутом состоянии, в котором оно находится при эксплуатации, при этом армирующее устройство соединено со сваей по меньшей мере одним элементом, работающим на растяжение.

2. Армирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные элементы, работающие на растяжение, выполнены в виде тросов, резьбовых стержней и/или круглого стального прутка с резьбовым концом.

3. Армирующее устройство по любому из п.1 или 2, отличающееся тем, что оно дополнительно включает некоторое количество труб, сквозь каждую из которых проходит элемент, работающий на растяжение, присоединенный к нижнему концу трубы и по меньшей мере одному арматурному элементу крепежным приспособлением.

4. Армирующее устройство по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит некоторое количество стопоров, которые присоединены к верхнему концу по меньшей мере одной трубы и имеют такую форму поперечного сечения, которая обеспечивает наличие по меньшей мере одной стопорной поверхности.

5. Армирующее устройство по п.3, отличающееся тем, что соединение между трубами и арматурными деталями полностью или отчасти выполнено шарнирным.

6. Армирующее устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве средств крепления элементов, работающих на растяжение, к трубе использовано по меньшей мере одно из нижеследующих средств: резьбовое соединение, зажимающее соединение и/или сварка.

7. Армирующее устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено несколькими стопорами, которые присоединены к соединительному устройству элемента, работающего на растяжение, и выполнены с такой формой поперечного сечения, которая обеспечивает наличие по меньшей мере одной стопорной поверхности.

8. Армирующее устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве соединительного устройства элемента, работающего на растяжение, использовано по меньшей мере одно из следующих устройств: замковое стыковое соединение, зажимающее соединение и/или резьбовое соединение с использованием пластины.

9. Армирующее устройство по любому из пп.1, 2, 4-6, 8, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере одно из следующих средств раздвигания арматурных деталей: пружинное кольцо, шарнирное соединение, взрывное устройство и/или раздвижной механизм.

10. Армирующее устройство по любому из пп.1, 2, 4-6, 8, отличающееся тем, что арматурные детали выполнены кольцевыми, так что оба конца арматурных стержней установлены вокруг центрального кольцевого элемента с возможностью перемещения.

11. Армирующее устройство по любому из пп.1, 2, 4-6, 8, отличающееся тем, что арматурные детали выполнены в форме сегмента кольца, так что при сложенном армирующем устройстве они образуют кольцо, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру по меньшей мере одной сквозной продольной полости фундаментной сваи, а при раздвинутом армирующем устройстве они образуют приблизительно круглое кольцо, диаметр которого равен диаметру нижнего конца фундаментной сваи или превышает этот диаметр.

12. Армирующее устройство по любому из пп.1, 2, 4-6, 8, отличающееся тем, что арматурные детали образованы сетью из стержней и/или тросов.

13. Фундаментная свая, подошва которой армирована армирующим устройством по п.1, имеющая по меньшей мере одну сквозную продольную полость, отличающаяся тем, что армирующее устройство соединено со сваей по меньшей мере одним элементом, работающим на растяжение.

14. Фундаментная свая по п.13, отличающаяся тем, что армирующее устройство включает наконечник сваи.

15. Фундаментная свая по п.14, отличающаяся тем, что в ней выполнено некоторое количество сквозных продольных каналов, в основном расположенных на одинаковом расстоянии от центра поперечного сечения сваи, в каждом из этих каналов размещен элемент, работающий на растяжение, который прикреплен снизу крепежными средствами к армирующему устройству, включающему наконечник сваи, а наконечник посредством элементов, работающих на растяжение, присоединен с возможностью разъединения к предпочтительно цилиндрической части фундаментной сваи.

16. Фундаментная свая по п.14 или 15, отличающаяся тем, что элементы, работающие на растяжение, имеют по меньшей мере один свободный участок, расположенный между нижним концом сваи и ее наконечником.

17. Фундаментная свая по п.14 или 15, отличающаяся тем, что в качестве средств крепления элементов, работающих на растяжение, к наконечнику сваи использовано по меньшей мере одно из следующих средств: резьбовое соединение, зажимающее соединение, муфта, формование и/или выполнение в подошве сваи канала преимущественно П-образной формы, через который может быть пропущен элемент, работающий на растяжение.

18. Фундаментная свая по п.14 или 15, отличающаяся тем, что наконечник сваи имеет верхний отдел, форма которого в целом соответствует форме поперечного сечения по меньшей мере одной внутренней сквозной продольной полости фундаментной сваи и который имеет обращенное вверх сужение, симметричное относительно осевой линии наконечника сваи.

19. Фундаментная свая по п.14 или 15, отличающаяся тем, что снизу наконечник сваи имеет сужающуюся форму и/или форму плоского диска.

20. Фундаментная свая по п.14 или 15, отличающаяся тем, что на нижнем конце сквозной продольной полости сваи установлено армирующее устройство, находящееся в сложенном, нежестко закрепленном состоянии и содержащее несколько сочлененных арматурных деталей, подвижно расположенных одним концом вокруг центрального кольцевого элемента, при этом свободный конец каждой арматурной детали имеет такую форму, что он по меньшей мере выступает над центральной линией верхней части наконечника сваи.

21. Фундаментная свая по п.14 или 15, отличающаяся тем, что в наконечнике сваи и/или нижней части предпочтительно цилиндрической части фундаментной сваи выполнены углубления для размещения в них свободных концов элементов, работающих на растяжение.

22. Фундаментная свая по любому из пп.13-15, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна сквозная продольная полость по меньшей мере в одной точке соединена с внешней стороной фундаментной сваи посредством по меньшей мере одного поперечного и направленного вниз заливочного канала.

23. Фундаментная свая по любому из пп.13-15, отличающаяся тем, что она выполнена по меньшей мере с одним внешним армированием.

24. Фундаментная свая по любому из пп.13-15, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна сквозная продольная полость выполнена с резьбой в ее верхней части.

25. Фундаментная свая по любому из пп.13-15, отличающаяся тем, что она используется с соединителем, содержащим первое монтажное кольцо для крепления к фундаменту и второе монтажное кольцо для крепления к башне, причем первое и второе монтажные кольца соединены по меньшей мере одним соединительным элементом.

26. Способ установки фундаментной сваи по п.13 и армирования ее подошвы при помощи армирующего устройства по п.1, отличающийся тем, что он включает следующие этапы:

установку сваи в заданном положении под давлением путем забивки или путем опускания в предварительно пробуренную скважину,

опускание под давлением сложенного армирующего устройства сквозь по меньшей мере одну сквозную продольную полость сваи,

по достижении армирующим устройством нижнего конца сваи перемещение его под давлением еще на некоторое расстояние вниз, при этом приводятся в действие средства раздвигания арматурных деталей армирующего устройства с образованием таким образом сети, состоящей по меньшей мере из арматурных деталей армирующего устройства, и

подачу под давлением сквозь указанную по меньшей мере одну сквозную продольную полость сваи отверждающегося наполнителя, так что нижняя часть сваи и развернутое армирующее устройство оказываются заделаны в единой 20 отливке для образования армированной подошвы, размеры которой превышают размеры самой фундаментной сваи.

27. Способ по п.26, отличающийся тем, что после установки сваи наконечник сваи опускают под давлением или забивают глубже в землю при помощи поршня и/или забивочного инструмента, причем расстояние между наконечником сваи и нижней частью сваи по большей мере соответствует длине свободного участка элемента, работающего на растяжение.

28. Способ по п.26, отличающийся тем, что в зависимости от грунтовых условий перед опусканием под давлением сложенного армирующего устройства под нижней частью сваи формируют полость с использованием устройства для подготовки грунта.

29. Способ по любому из пп.26-28, отличающийся тем, что по достижении армирующим устройством нижнего конца фундаментной сваи его опускают под давлением в нижележащую полость до тех пор, пока стопоры на верхней части армирующего устройства не установятся во взаимодействии с внутренней стороной сваи, а затем арматурные детали оттягивают, чтобы убедиться, что армирующее устройство находится в плотном соединении с нижним концом сваи.

30. Способ по любому из пп.26-28, отличающийся тем, что в качестве средств раздвигания арматурных деталей используют пружинное кольцо, которое раздвигает трубы наружу и таким образом заставляет перемещаться наружу арматурную деталь благодаря ее шарнирному соединению, так что формируется сеть, содержащая трубы, арматурные детали и центральный кольцевой элемент.

31. Способ по любому из пп.26-28, отличающийся тем, что в качестве средств раздвигания арматурных деталей используют раздвижной механизм, управляющий арматурными деталями, когда последние распадаются наружу под воздействием силы тяжести, при достижении армирующим устройством полости под сваей, так что формируется сеть, содержащая трубы, арматурные детали и центральный кольцевой элемент.

32. Способ по любому из пп.26-28, отличающийся тем, что раздвигание арматурных деталей происходит, когда поршень нажимает на кольцевой элемент армирующего устройства, после чего арматурные детали проходят через соединение, установленное между трубами и арматурной деталью, посредством чего арматурные детали раздвигаются наружу.

33. Способ по любому из пп.26-28, отличающийся тем, что в качестве средств раздвигания арматурных деталей использовано взрывное устройство, раздвигающее арматурные детали в результате взрыва.

34. Способ по любому из пп.26-28, отличающийся тем, что для формирования полости, связанной с нижней частью фундаментной сваи, предпочтительно имеющей цилиндрическую форму, устройство для подготовки грунта опускают вниз через рабочий канал, обрабатывают слой земли под сваей с использованием устройства для подготовки грунта, формируют под сваей полость, вытаскивают устройство для подготовки грунта наверх через рабочий канал.

35. Способ по п.26, отличающийся тем, что для формирования вокруг внешней окружности сваи по меньшей мере одного прилива по меньшей мере через одну продольную полость сваи вводят массу отверждающегося наполнителя, выходящего наружу через заливочные каналы, связанные с этой полостью.

36. Способ по любому из пп.26-28, отличающийся тем, что перед установкой армирующего устройства и заливкой подошвы в полость под сваей может быть введена защитная жидкость.

Приоритет по пунктам:

22.01.2002 по пп.13-25;

06.09.2002 по пп.1-12;

25.09.2002 по пп.26-36.