Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УДЛИНЕНИЯ СВАИ

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам, закладываемым в грунты с вечной мерзлотой.

Известен способ неразъемного соединения труб, включающий нанесение на внешнюю поверхность рабочей части стальной трубы равномерно распределенные относительно друг друга канавки, между которыми нарезана мелкая резьба, а на внутреннюю поверхность конца стальной трубы изготовлена выемка (см. патент РФ №111236 от 10.12.2011).

Недостатком данного технического решения является низкая стойкость сварного соединения и возникновение усталостных трещин в сваях при ударных нагрузках (при их забивке).

Известен способ, обеспечивающий соединение труб, включающий операцию по соединению корпуса с присоединительными патрубками и поверхностями «под ключ», а гайку с буртом, накручивание на присоединительный патрубок корпуса, с поверхностями «под ключ», причем внутренняя поверхность, контактирует с кольцом разрезным, расположенным последовательно на общей оси (см. патент РФ №110810 от 27.11.2011).

Недостатком данного способа является невозможность его применения на трубах с большой толщиной стенки (от 5 мм и выше), из-за большой трудоемкости при монтаже и большой деформации стенки трубы.

Известен также способ сварки сварных соединений труб, включающий соединение двух труб с разделкой соединяемых торцов под сварку и трубчатую вставку-подкладку в зоне шва, причем во вставке-подкладке выполнена под углом к оси вставки продольная прорезь, а прилежащие к прорези участки вставки-подкладки смещены вдоль прорези вставки-подкладки в разные стороны (см. патент РФ №112325 от 10.01.2012).

Недостатком данного способа является возможность фиксации внутри сваи (трубы) только с помощью корневого стыкового шва, являющимся для накладки наплавочным на ее поверхность, т.е. имеющим малую прочность на сдвиг.

Техническая задача, решаемая предложенным изобретением, - удлинение сваи до заданных размеров, повышение несущей способности сваи (трубы), изготовленной с применением сваренных в стык 2-х и более трубных заготовок.

Техническая задача решена применением кольцевого стыкового сварного соединения трубных заготовок с дальнейшей приваркой к стыку четырех шестигранных усиливающих накладок, приваренных к внешней поверхности сваи угловыми сварными швами по всему периметру, предварительным подогревом зоны сварки до температуры 160-200ºC, выдержкой межслойного контроля температуры между накладываемыми валиками сварного шва, наложения теплоизолирующего пояса, обеспечивающего охлаждение сварного соединения со скоростью 200ºC в час, выполнения послесварочной термической обработки сварного соединения при температуре 600-650ºC в течении часа для снятия остаточных сварочных напряжений, наложением сварных валиков, формирующих сварной шов, с перекрытием на 50%.

Способ удлинения свай включающий, разделку соединяющих торцов свай под сварку, согласно изобретению производят сборку элементов сварки, подготавливают кромки свариваемых элементов сварных соединений, приваривают к стыку четыре шестигранных усиливающих накладки, к внешней поверхности сваи угловыми сварными швами по всему периметру, с предварительным подогревом зоны сварки до температуры 160-200ºC, с соблюдением межслойного контроля температуры между накладываемыми валиками сварного шва, накладывают сварные валики, формирующие сварной шов, с перекрытием на 50%, а охлаждение сварного соединения со скоростью 200ºС в час обеспечивают за счет укрытия теплоизолирующими поясами, снятие которых производят после достижения температуры стыка 50ºС, выполняют послесварочную термическую обработку сварного соединения при температуре 600-650ºС в течении часа с возможностью обеспечения снятия остаточных сварочных напряжений и предотвращения образования закалочных структур с низким сопротивлением ударным нагрузкам, возникающим при забивки сваи.

Способ поясняется чертежом, на котором представлена схема удлинения сваи с усиливающими накладками по периметру кольцевого сварного шва. На рисунке приняты следующие обозначения: 1, 2, 3, 4, 5, 6 - последовательность сварки сторон каждой усиливающей накладки на сваю на участке кольцевого сварного шва; 7, 8 - стороны каждой усиливающей накладки, не подлежащие сварке; 1а, 2а, 3а, 4а - последовательность сварки усиливающих накладок по периметру сваи на участке кольцевого сварного шва, 9 - усиливающая накладка, 10 - кольцевой сварно шов, L - длина усиливающей накладки, l - длина грани усиливающей накладки, l₁ - длина верхней грани усиливающей накладки, Н - ширина усиливающей накладки, t - толщина усиливающей прокладки.

Данное изобретение применяется для сварки свай, применяемых при строительстве надземных трубопроводов в зонах вечной мерзлоты.

Проведенные научно-исследовательские работы в ООО «НИИ ТНН» и дочерними предприятиями компании ОАО «АК «Транснефть», а также трассовые испытания при прокладке трассы в районе Крайнего Севера с температурой воздуха до минус 50ºС показали, что необходимо подогревать зону сварки до температуры 160-200ºС, выдерживать межслойный контроль температуры между накладываемыми валиками сварного шва, обеспечение охлаждения сварного соединения со скоростью 200ºС в час, выполнять послесварочную термическую обработку сварного соединения при температуре 600-650ºС в течении часа для снятия остаточных сварочных напряжений, наложением сварных валиков, формирующих сварной шов, с перекрытием на 50%.

Работа.

Способ удлинения свай включает разделку соединяемых торцов свай (труб) под сварку, сборку элементов сварки, подготовку кромок свариваемых элементов сварных соединений, приварку к стыку четырех шестигранных усиливающих накладок, к внешней поверхности сваи угловыми сварными швами по всему периметру, с предварительным подогревом зоны сварки до температуры 160-200ºС, с соблюдением межслойного контроля температуры между накладываемыми валиками сварного шва. Наложение сварных валиков, формирующих сварной шов, с перекрытием на 50%. Обеспечение охлаждения сварного соединения со скоростью 200ºС в час за счет укрытия теплоизолирующими поясами. Снятие теплоизолирующего пояса после достижения температуры стыка 50ºС. Выполнение послесварочной термической обработки сварного соединения при температуре 600-650ºС в течении часа для снятия остаточных сварочных напряжений и предотвращающее образование закалочных структур с низким сопротивлением ударным нагрузкам, возникающим при забивки сваи.

Сварка выполняется электродами типа Э50А по ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75.

Сварка угловых сварных швов выполняется наложением не менее 4-х валиков, при этом каждый последующий валик перекрывает предыдущий не менее чем на половину.

С целью определения работоспособности конструкции и ее оптимальных характеристик были проведены натурные опытные работы в производственных условиях при температурах до минус 50ºС включительно. Свая длиной 22000 мм была забита на глубину 20500 мм за 1500 ударов (вес копра составлял 600 кг, свая извлекалась из грунта и забивалась вновь 7 раз) при средней норме в 80-200 ударов. Механические повреждения и трещины в сварном соединении отсутствовали. В результате были установлены параметры усиливающих накладок, указанные в таблице 1.

Применение предложенного способа обеспечивает удлинение сваи до заданных размеров, повышение несущей способности сваи (трубы), изготовленной с применением сваренных в стык 2-х и более трубных заготовок.