УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАБИВНЫХ СВАЙ

Предполагаемое изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для изготовления набивных свай преимущественно в водонасыщенных неустойчивых и песчаных грунтах, осыпающихся или оплывающих в незакрепленной скважине.
Известно устройство для формирования буронабивных свай (а.с. СССР №1677221, Кл. Е 21 В 3/00, 7/24, опубл. 15.09.1991, Бюл. №34), включающее базовую машину с мачтой, имеющей направляющие, рабочий орган, выполненный в виде раскатчика с полым валом, буровой шнек, установленный с возможностью продольного перемещения относительно полого вала раскатчика, установленную коаксиально буровому шнеку и связанную с направляющими мачты обсадную трубу, размещенную с возможностью продольного перемещения относительно привода рабочего органа и соединенную нижним концом с раскатчиком.
Недостатком известного устройства является его низкая производительность, обусловленная тем, что изготовление сваи с требуемой несущей способностью происходит за несколько рабочих циклов, в виду уменьшения зоны уплотнения вокруг первоначально пройденной скважины в результате частичной экскавации грунта. Кроме того, при использовании данного устройства имеются дополнительные затраты энергии на транспортировку грунта установленным внутри обсадной трубы шнеком из забоя к устью скважины и сухой строительной смеси в обратном направлении.
Известно оборудование для изготовления буронабивных свай (Лебедев М.В., Осокин А.И. и др. Новые типы буронабивных свай. Сб. ст. Междунар. науч. - практ. конф. «Актуальные проблемы проектирования и
устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений», - Пенза, 2004. - с.153-155.), включающее базовую машину с мачтой и установленную на направляющих мачты двойную систему вращения, связанную с обсадной трубой и полой шнековой колонной, установленной внутри обсадной трубы с возможностью одновременного подъема обсадной трубы со шнековой колонной и нагнетания строительного раствора в образованную скважину.
Недостатками известного оборудования являются отсутствие зоны уплотнения вокруг образованной скважины и высокие энергозатраты, обусловленные преодолением сил трения на поверхности контакта с грунтом корпуса обсадной трубы протяженностью от устья до забоя скважины и экскавацией грунта шнеком к устью скважины.
Наиболее близким аналогом к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является раскатывающее устройство для изготовления буронабивных свай (патент РФ №2080442, Кл. Е 02 F 5/20, Е 21 В 7/28, опубл. 27.05.97, Бюл. №15), включающее полый с радиальными выходными каналами приводной вал, на эксцентриковых развернутых шейках которого установлены с возможностью вращения цилиндрические катки и по обе стороны от цилиндрических катков основные и дополнительные конические катки, образующие которых расположены к продольной оси приводного вала под углами, вершины которых ориентированы в направлении соответственно к головной и хвостовой частям устройства и размещенный перед головным катком жестко соединенный с валом наконечник, имеющий выходные каналы для выпуска строительного раствора.
Недостатком известного раскатывающего устройства является невозможность его использования для изготовления набивных свай в водо-насыщенных неустойчивых и песчаных грунтах. Это объясняется неспособностью устройства формировать в подобных грунтах скважину с плотными устойчивыми стенками, что приводит к оплыванию или обрушению
стенки скважины. При этом контактирование со стенкой скважины строительного раствора, выпускаемого под давлением из полого вала устройства ведет к разрушению стенки скважины и смешиванию строительного раствора с грунтом. В результате чего происходит образование бесформенной сваи, в теле которой имеются грунтовые включения и каверны, что существенно снижает устойчивость, прочность, а, следовательно, и несущую способность сваи.
Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в расширении области применения устройства при снижении энергоемкости процесса производства набивной сваи в оплываемой или обрушаемой скважине.
Поставленная задача решается тем, что устройство для изготовления набивных свай, включающее вращаемый грунтоуплотняющий рабочий орган с осевым каналом, в котором выполнено по меньшей мере одно выпускное отверстие, дополнительно снабжено охватывающим грунтоуплотняющий рабочий орган и соразмерным его длине трубчатым ограничителем, соединенным с грунтоуплотняющим рабочим органом с возможностью перемещения вдоль оси устройства.
Снабжение устройства охватывающим его трубчатым ограничителем, установленным с возможностью перемещения вдоль оси устройства позволит трубчатому ограничителю находиться в транспортном положении при формировании скважины и уплотнении грунта, а затем в рабочем положении при извлечении устройства и калибровании скважины с одновременным изготовлением сваи. Способность вращаемого грунтоуплотняющего рабочего органа формировать и калибровать скважину при погружении и извлечении устройства, исключающая при этом экскавацию грунта к устью скважины, даст возможность использовать трубчатый ограничитель только для формирования сваи, что позволит существенно уменьшить длину трубчатого ограничителя. Предлагаемая длина трубчатого ограничителя, соразмерная грунтоуплотняющему рабочему органу,
позволит в зоне выпуска строительного раствора исключить оплывание или обрушение стенки скважины, а также не допустить непосредственного контакта строительного раствора со стенкой скважины, что будет препятствовать ее разрушению и смешиванию строительного раствора с грунтом. При этом достигается максимально возможное для данного грунта уплотнение, поскольку трубчатый ограничитель опускается в скважину одновременно с ее формированием. Кроме того, предлагаемая конструкция обеспечит равномерный выход сформированный массы строительного раствора из трубчатого ограничителя при извлечении устройства. Это позволит изготовить калиброванную сваю правильной цилиндрической формы, обеспечить ее прямолинейность, а, следовательно, и устойчивость. При этом предложенная длина трубчатого ограничителя способствует уменьшению сил трения на поверхности контакта с грунтом корпуса трубчатого ограничителя, что позволит снизить энергоемкость процесса изготовления сваи.
Трубчатый ограничитель может быть установлен с возможностью вращения относительно грунтоуплотняющего рабочего органа. Это обеспечит отсутствие вращения трубчатого ограничителя относительно стенки скважины, благодаря действию сил трения на поверхности контакта с грунтом корпуса трубчатого ограничителя. В этом случае внутри трубчатого ограничителя происходит равномерное распределение строительного раствора, выходящего из вращающегося выпускного отверстия, что способствует более быстрому формированию сваи.
Трубчатый ограничитель может быть установлен с возможностью совместного вращения с грунтоуплотняющим рабочим органом, что обеспечит вращение самого трубчатого ограничителя относительно стенки скважины, а, следовательно, позволит увеличить скорость погружения устройства с одновременным выравниванием и заглаживанием стенки скважины.
Трубчатый ограничитель может быть снабжен спиральной навивкой, выполненной на его наружной поверхности. Это обеспечит при совместном вращении трубчатого ограничителя с грунтоуплотняющим рабочим органом завинчивание трубчатого ограничителя в грунт и дополнительное увеличение скорости проходки скважины, а также при извлечении устройства изготовление сваи, имеющей на своей наружной поверхности винтовую навивку, существенно увеличивающую несущую способность сваи.
Трубчатый ограничитель может быть установлен концентрично оси грунтоуплотняющего рабочего органа. Такая установка трубчатого ограничителя способствует центрированию устройства по оси скважины и обеспечению прямолинейности движения устройства, что ведет к изготовлению прямолинейной, а, следовательно, более устойчивой сваи.
Трубчатый ограничитель может быть установлен эксцентрично оси грунтоуплотняющего рабочего органа, что приведет к поперечному колебанию трубчатого ограничителя при погружении и извлечении устройства. Это обеспечит снижение трения наружной поверхности трубчатого ограничителя о стенку скважины, а, следовательно, приведет к увеличению скорости проходки скважины и скорости изготовления сваи.
Грунтоуплотняющий рабочий орган может быть выполнен в виде приводного вала и установленных на нем по меньшей мере одного цилиндра и по меньшей мере двух конусов, образующие которых расположены к продольной оси приводного вала под углами, вершины которых направлены соответственно к головной и хвостовой частям устройства. Такое выполнение грунтоуплотняющего рабочего органа необходимо для формирования и калибрования скважины соответственно при погружении и извлечении устройства в случае обрушения или оплывания стенки скважины.
Предполагаемое изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлено предлагаемое устройство с находящимся в рабочем положении трубчатым ограничителем, продольный разрез; на фиг.2 - устройство
для изготовления набивных свай с грунтоуплотняющим рабочим органом, выполненным в виде приводного вала с вращающимися грунтоуплотняющими элементами, и находящимся в транспортном положении, трубчатым ограничителем, продольный разрез; на фиг.3 - устройство для изготовления набивных свай с грунтоуплотняющим рабочим органом, выполненным в виде приводного вала с вращающимися грунтоуплотняющим и элементами, и находящимся в рабочем положении трубчатым ограничителем, продольный разрез.
Предлагаемое устройство для изготовления набивных свай включает вращаемый грунтоуплотняющий рабочий орган 1 с осевым каналом 2, в котором выполнено по меньшей мере одно выпускное отверстие 3. Дополнительно устройство снабжено охватывающим грунтоуплотняющий рабочий орган 1 и соразмерным его длине трубчатым ограничителем 4, соединенным с грунтоуплотняющим рабочим органом 1 с возможностью перемещения вдоль оси устройства.
Предлагаемое устройство для изготовления набивных свай работает следующим образом.
Устройство соединяют с приводом, имеющим осевую подачу и передающим вращение грунтоуплотняющему рабочему органу 1. При вращении грунтоуплотняющего рабочего органа 1 и погружении в грунт устройства, грунтоуплотняющий рабочий орган 1 уплотняет грунт и формирует скважину. Благодаря тому, что силы трения на поверхности контакта со стенкой скважины корпуса трубчатого ограничителя 4 значительно больше сил трения между внутренней поверхностью трубчатого ограничителя 4 и грунтоуплотняющим рабочим органом 1, последний движется внутри трубчатого ограничителя 4 до момента его фиксирования в транспортном положении. Затем трубчатый ограничитель 4 погружается в грунт, следуя за грунтоуплотняющим рабочим органом 1.
После проходки скважины на требуемую глубину производят извлечение устройства. При этом трубчатый ограничитель 4 занимает
рабочее положение и фиксируется в нем. Затем осуществляется дальнейший подъем устройства с трубчатым ограничителем 4, следующим за грунтоуплотняющим рабочим органом 1. Одновременно с этим осуществляется выпуск строительного раствора через канал 2 и выпускное отверстие 3 грунтоуплотняющего рабочего органа 1 во внутреннюю полость трубчатого ограничителя 4 и формирование сваи. При подъеме устройства происходит уплотнение осыпавшегося в скважину грунта или калибрование оплывшей скважины грунтоуплотняющим рабочим органом 1. При выходе устройства на поверхность грунтоуплотняющий рабочий орган 1 предохраняет устье скважины от разрушения, а трубчатый ограничитель 4, находясь в рабочем положении, способствует формированию головы сваи.
Пример конкретного выполнения.
Устройство соединяют с приводом, имеющим осевую подачу и передающим вращение приводному валу 5 с осевым каналом 2 и выпускным отверстием 3. При вращении приводного вала 5 и погружении в грунт устройства, конические грунтоуплотняющие элементы 6 и 7 обкатываясь по забою уплотняют грунт и формируют скважину. Трубчатый ограничитель 4, благодаря действию сил трения на его боковой поверхности, контактирует с грунтом, оставаясь неподвижным. При этом пальцы 8 цилиндрического монтажного элемента 9 двигаются в продольных пазах 10 трубчатого ограничителя 4 до упора, после чего трубчатый ограничитель 4 занимает транспортное положение, в котором и погружается в грунт, следуя за грунтоуплотняющими элементами 6 и 7.
После проходки скважины на требуемую глубину производят извлечение устройства. При этом пальцы 8 цилиндрического монтажного элемента 9 двигаются в пазах 10 неподвижного трубчатого ограничителя 4 в обратном направлении также до упора, который и фиксирует рабочее положение трубчатого ограничителя 4. Затем осуществляется дальнейший подъем устройства с трубчатым ограничителем 4, следующим за грунтоуплотняющими элементами 11. Одновременно с этим осуществляется
выпуск строительного раствора через осевой канал 2 и выпускное отверстие 3 приводного вала 5 во внутреннюю полость трубчатого ограничителя 4 и формирование сваи. Вращение приводного вала 5 относительно стенки невращающегося трубчатого ограничителя 4 обеспечивает равномерное распределение строительного раствора в полости трубчатого ограничителя 4. При подъеме устройства происходит уплотнение осыпавшегося в скважину грунта или калибрование оплывшей скважины грунтоуплотняющими элементами 11. При выходе устройства на поверхность грунтоуплотняющие элементы 11 предохраняют устье скважины от разрушения, а трубчатый ограничитель 4, находясь в рабочем положении, способствует формированию головы сваи.
Особым достоинством предлагаемого устройства является возможность использования для образования набивных свай в водонасыщенных неустойчивых и песчаных грунтах вращаемого грунтоуплотняющего рабочего органа, применяющегося при усилении оснований фундаментов строящихся и реконструируемых зданий и сооружений.