РАЗРЯДНИК ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАБИВНЫХ СВАЙ
DISCHARGE SWITCH FOR GROUTING PILES

Изобретение относится к высоковольтному оборудованию для создания набивных свай и может быть использовано при сооружении свайных фундаментов, усилении массивов грунта в капитальном строительстве.
Известно устройство для изготовления буронабивных свай (а.с. СССР N 774941, В28В, 1978), для уплотнения бетонной смеси. Такой разрядник позволяет создавать набивные сваи, однако главным недостатком является то, что требует высоких затрат электрической энергии.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, описанное в патенте 94030388, кл. 6 E02D 5/36, от 28.11.1996, разрядник которого может уплотнять стенки скважины, но затраты электрической энергии не соответствуют приросту удельной несущей способности сваи. Дело в том, что электроды создают определенную направленность формируемым факторам электрического разряда (ударной волне, гидродинамическим колебаниям, кавитационным потокам), в то же время значительная часть энергии расходуется на совершение полезной работы. Практикой установлено, что при диаметре скважины 120-450 мм ее стенки расширяются до диаметра 300-700 и выше, в зависимости от грунтовых условий (ТР 50-180-06 «Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности (сваи-РИТ)»). Вместе с тем после заполнения бетоном зоны с нарушенной структурой грунта (буровой колонкой) наблюдается стабилизация в дальнейшем его проникновения в более плотную структуру. Последующее расширение диаметра скважины под воздействием электрического разряда происходит, однако глубина насыщения бетоном прямо пропорциональна вводимой удельной энергии. Энергия электрических импульсов расходуется на создание поля плотности вокруг скважины, на внедрение материала наполнения в грунт, на уплотнение самого наполнителя и на образование выпора. В то же время в ряде случаев при устройстве свайных или иных фундаментов есть необходимость увеличить диаметр скважины в 2,0…2.,5 раза (как указано выше), добиться высокой удельной несущей способности сваи порядка 120…150 т, а также равномерного уплотнения массива грунта до проектной величины.
Цель изобретения - снижение энергозатрат процесса, увеличение несущей способности сваи.
На фиг.1, 2 показан общий вид разрядника.
Разрядник для создания набивных свай состоит из вертикально расположенного верхнего электрода 1 и нижнего электрода 3, содержащего пять токопроводящих элементов 2, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга напротив отверстий в корпусе 5 формующей камеры. Для наиболее полного использования гидродинамического эффекта на корпусе 5 закреплен отражающий экран 4. Для последовательного переключения нижних электродов кабель 7 соединен с электрическим шаговым искателем 6.
В данном устройстве тип электродов принят «симметричная выпуклая поверхность - острие», что позволяет производить разряды последовательно друг за другом. Количество электродов соответствует числу отверстий в формующей камере. Электроды располагаются напротив отверстий в корпусе формующей камеры, при этом количество электродов должно быть нечетным. Ось каждого токопроводящего элемента нижнего электрода расположена перпендикулярно рабочей поверхности верхнего электрода.
Для полного достижения эффекта направления ударных волн, используют отражающий экран, угол наклона между рабочей поверхностью которого и осью токопроводящих элементов нижнего электрода составляет 45-60°, используя свойство образования гидроимпульсных ударных волн, а именно направленность их действия.
Радиус основания выпуклой поверхности в 3-3.5 раза меньше радиуса нижнего электрода.
Нижний электрод выполнен сменным. Он закреплен в основании камеры. Н.Сватовской установлено, что пара электродов не требует регулировки зазора на протяжении 7000-8000 импульсов. Для предотвращения припоя токопроводящих элементов к корпусу и возможности изменения межэлектродного промежутка, токопроводящие элементы расположены в диэлектрической втулке.
3
-4
-5
4
8
9
Устройство работает следующим образом. В скважину, заполненную литой бетонной смесью, опускается рабочий орган (разрядник) до первого рабочего горизонта, как правило 300-350 мм. Процесс осуществляется следующим образом: электрическая энергия переменного тока промышленной частоты напряжением 220-380 В (частотой 50 Гц) до 10,0 кВ, для изготовления свай и уплотнения грунта. Электроэнергия постоянного тока и высокого напряжения накапливается в блоке конденсаторных батарей до 60,0 кДж. Дальше накопленную энергию направляют к излучателю энергии (разряднику), погруженному в бетонную смесь. Между электродами излучателя всегда должен находиться жидкий электролит, каким является цементный раствор или бетонная смесь. При подаче электроэнергии на электроды излучателя в межэлектродном промежутке создается высокая плотность энергии 1013-1014 Дж/м, происходит пробой с образованием плазменного канала разряда. В этом канале за 10-10 секунды повышаются температура до 10-4×105°С и давление до 10÷3·10 Па, что обеспечивает высокую скорость расширения канала разряда (до сотен метров в секунду), образование и распространение в окружающей среде волн сжатия. На этой стадии происходит преобразование запасенной в накопителе электрической энергии в энергию гидродинамических возмущений.
Предлагаемый разрядник позволяет формировать сваю с меньшим расходом энергии. При этом равномерно уплотняется грунтовый массив, что влияет на общую несущую способность сваи. Несущая способность сваи повышается на 20-25%.