УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ
DEVICE FOR MAKING WELLS IN SOIL

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий и сооружений, расположенных на подтопляемых участках в условиях водонасыщенных грунтов.
В указанных условиях применяют следующие способы и устройства для осуществления строительных работ: водопонижение, бурение с обсадными трубами, погружение металлических труб. При применении пневмопробойников невозможно получить готовую к использованию скважину, так как при обратном ходе пневмопробойника в призабойных обводненных слоях грунта образуется вакуум, что вызывает быстрое заполнение скважины водой и заиливание. Скважина не образуется, заплывает. В подобных условиях вообще применение пневмопробойников проблематично вследствие крайне затруднительного их выхода или вообще невозможности их извлечения.
Известно устройство, содержащее корпус с каналами, камеру прямого хода, ударник с направляющим пояском и каналами, образующий с корпусом камеру обратного хода, наковальню, гайку-хвостовик, конусообразную насадку в передней части, устройства и приспособления для перепуска воздуха для прямого и обратного хода пневмопробойника (см., например, а.с. СССР №1099016 Е02F 5/18).
Недостатком указанного устройства является невозможность его применения в увлажненных грунтах, равно как и всех других существующих конструкций пневмопробойников. Более того, конструктивные особенности этого устройства в основном из-за наличия кожуха на корпусе с особым образом выполненными наклонными пазами и конуса с радиальными каналами в передней части устройства, вызывают противоположный требуемому эффект в условиях работы в грунтах повышенной влажности, т.к., во-первых, образуют воздушную «смазку», когда требуется увеличение сцепления корпуса с грунтом, во-вторых, необходимо не прекращение подачи воздуха, а подача сжатого воздуха в образованную скважину при обратном ходе пневмопробойника для удержания стенок скважины от обрушения, для ликвидации вакуума и для выталкивания его из скважины.
Целью настоящего изобретения является расширение области применения пневмопробойников и упрощение конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем корпус, наковальню, ударник, конусообразную насадку, хвостовик, приспособления для перепуска воздуха при прямом и обратном ходе пневмопробойника и для крепления шланга, по оси наковальни выполнен канал, причем непосредственно торец наковальни у забоя заглушен, а с прилегающими к нему слоями грунта канал сообщен с помощью одного или нескольких отверстий в боковой части наковальни. На корпусе размещена съемная пружина, одним концом скрепленная с насадкой, жестко посаженной на наковальню, другим - с помощью муфты с другой пружиной, надеваемой на хвостовик. В варианте выполнения устройства конусообразная насадка снабжена гибким ворсом и прикреплена тягами к отверстиям на хвостовике, а на хвостовике размещен хомут с рычажными приспособлениями, одним плечом упирающиеся в место прикрепления хвостовика к корпусу, другим плечом - в конусообразное кольцо на шланге.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена носовая часть пневмопробойника, поперечный разрез; на фиг.2 - весь пневмопробойник, оборудованный пружинами, в момент прямого хода в грунте; на фиг.3 - то же, в момент обратного хода из скважины; на фиг.4 - пневмопробойник, оборудованный насадкой с ворсом, во время обратного хода из скважины; на фиг.5 - хвостовая часть пневмопробойника, оборудованная рычажными приспособлениями, в момент прямого хода; на фиг.6 - то же, в момент обратного хода.
На фиг.1 изображена носовая часть пневмопробойника, включающая корпус 1, рабочий орган-наковальню 2 с выполненным по его оси каналом 3, сообщающим внутреннее пространство корпуса 1, в котором перемещается ударник 4, с внешним пространством. При этом со стороны забоя канал 3 имеет заглушку 5. В боковой части наковальни 2 выполнены несколько отверстий 6 диаметром меньшим, чем диаметр канала 3. Диаметр одного отверстия должен быть не более 2,0 мм. Увеличение количества отверстий соответственно должно вести к уменьшению диаметров всех отверстий.
На фиг.2 изображены стенки скважины 7, по которым скользит пружина 8, расположенная на корпусе 1, большая часть витков при прямом ходе сдвигается за хвостовую часть пневмопробойника в свободное пространство скважины. С целью обеспечения быстрого съема и монтажа этого пружинного приспособления последнее выполнено составным из двух частей: нижней 8 и верхней 9, соединенных между собой муфтой 10. Другой конец пружины 8 прикреплен к насадке 11, жестко надеваемой на наковальню 2. Пружина 9 имеет свободное перемещение по верхней части хвостовика 12.
На фиг.3 изображен тот же пневмопробойник в момент обратного хода. Витки пружины 8 сдвигаются к носовой части пневмопробойника, а витки пружины 9 надеваются и фиксируются на конусообразной поверхности хвостовика 12.
На фиг.4 изображен вариант выполнения противооткатного приспособления в виде конусообразной насадки 13, надеваемой на носовую часть пневмопробойника. Во время обратного хода насадка 13 удерживается тягами 14, прикрепляемыми за имеющиеся заводские отверстия 15 в хвостовике 12. Насадка снабжена гибкими проволочными «усами», образующими т.н. ворс 16.
На фиг.5 изображена хвостовая часть пневмопробойника, оборудованная рычажным приспособлением, в момент прямого хода в грунте. Хвостовик 12 оборудован хомутом 17 с прикрепленными к нему подпружиненными рычажными приспособлениями таким образом, что заостренные концы малого плеча 18 плотно прижимаются к поверхности хвостовика 12, а длинные плечи 19 скользят по конусообразному кольцу 20, плотно посаженному на шланг 21. Шланг 21 заправлен в цилиндрический патрон 22. Плечи рычагов имеют шарнирное опирание 23 на хомуте 17.
На фиг.6 изображена та же хвостовая часть пневмопробойника, описанная на фиг.5, в момент обратного хода.
Работа описываемого устройства осуществляется следующим образом.
Пневмопробойник, предварительно установленный в проектное положение на строительном участке, после подачи сжатого воздуха начинает свое движение в грунте. При этом сразу же начинается нагнетание воздуха из внутреннего пространства корпуса 1 через канал 3 и отверстие 6 в забойную зону грунта (фиг.1). Размер диаметра отверстия 6 выполнен из расчета эффекта дросселирования сжатого воздуха из области повышенного давления в область пониженного. Это позволяет получить, во-первых, увеличение мощности удара ударника 4 по наковальне 2 вследствие устранения воздушной «подушки», неизбежно образующейся при колебательных движениях ударника 4 в зоне соприкосновения ударника 4 с наковальней 2. Во-вторых. происходит нагнетание воздуха в грунт призабойной части пневмопробойника. При этом уже во время прямого хода начинается отжим воды от образующейся скважины.
При обратном ходе в уже готовую скважину продолжает поступать воздух и увеличиваться его давление. Сжатый воздух способствует выталкиванию пневмопробойника и отжатию воды от скважины.
Предлагаемые конструкции устройства позволяют повысить эффективность и надежность работы пневмопробойника в крайне неблагоприятных гидрогеологических условиях. С этой целью перед запуском пневмопробойника на его корпус 1 со стороны его носовой части надевается пружина 8, которая крепится на наковальне 2 с помощью насадки 11 (фиг.2). С другой стороны через шланг 21 надевается на хвостовик 12 пружина 9, которая скрепляется с пружиной 8 с помощью муфты 10. При прямом ходе обе пружины сжимаются, а нижняя часть пружины 8 растягивается и остальные витки выходят в свободное пространство скважины над хвостовиком 12. Варьируя жесткостью пружины 8, можно в описываемых грунтовых условиях способствовать расширению диаметра скважин, когда большая часть витков пружины 8 будет оставаться на корпусе 1. При обратном ходе все витки пружин 8 и 9 перемещаются на корпус 1 и хвостовик 12, обеспечивая тем самым пневмопробойнику распор в стенках 7 скважины.
В варианте выполнения в случае более устойчивых грунтов следует применить устройства, показанные на фиг.4, 5 и 6.
Перед запуском пневмопробойника в работу на его конусообразную носовую часть надевают насадку 13, снабженную проволочными гибкими «усами» 16. Насадку 13 прикрепляют с помощью тяг 14 к отверстиям 15 (фиг.4).
Хвостовик 12 оборудован подпружиненными рычажными приспособлениями (фиг.5 и 6). При прямом ходе малые плечи 18 рычажных приспособлений плотно прижимаются к конусообразной поверхности хвостовика 12 и не выходят за пределы диаметра корпуса 1. Для осуществления обратного хода пневмопробойника вытягиванием шланга 21 из скважины срабатывает механизм реверсирования. При этом патрон 22 выходит из хвостовика 12, соответственно на эту же величину перемещается и шланг 21 с кольцом 20. Большое плечо 19 рычага скользит по конусообразному кольцу 20 и конец малого плеча 18 внедряется в стенки скважины 7, образуя таким образом «ерш», препятствующий движению пневмопробойника вниз.
Такое выполнение устройства позволяет получать скважину в обводненных грунтах на определенный период времени, достаточный, чтобы произвести ее бетонирование или опустить в нее готовый свайный элемент.
Во время прямого хода пневмопробойника в грунте вокруг его носовой части образуется область повышенного давления за счет нагнетания сжатого воздуха из внутреннего пространства пневмопробойника с одновременным отжатием воды от образующейся скважины и далее при обратном ходе в скважину накачивается под давлением сжатый воздух на все время выхода пневмопробойника и в прилегающих к скважине слоях грунта продолжает держаться давление порядка 6 атм. Это способствует ускорению выхода из скважины пневмопробойника и позволяет сохранять скважину от заполнения водой. В грунтах повышенного обводнения этого давления недостаточно для извлечения пневмопробойника при обратном ходе. Применение лебедки приводит к быстрому истиранию и порыву шланга тросом, одновременно с этим увеличивается опасность отрыва хвостовика от корпуса из-за наличия мелкой резьбы в месте их соединения. Поэтому опирание на стенки скважины с помощью пружины устраняет соскальзывание пневмопробойника вниз. В более устойчивых грунтах ту же самую роль выполняют приспособления в виде ворса-щетки и рычажных «ершов».