Устройство испытания грунтов и отбора образцов ненарушенного строения в скважине с автоматической компенсацией реактивной силы
GROUND TEST AND OF NON-DISTURBED STRUCTURES SAMPLING DEVICE IN THE WELL WITH THE REACTIVE POWER AUTOMATIC COMPENSATION

Предлагаемое изобретение относится к области инженерных изысканий, а именно к исследованиям грунта основания на стройплощадке и отбору образцов ненарушенного строения, производимых в сложных, труднодоступных, стесненных условиях посредством переносных и самоходных установок малого веса, когда требуемое давление на забой скважины превышает вес буровой установки или при производстве работ вручную, когда создание необходимой нагрузки физически невозможно.
Известные технические решения при задавливания пробоотборников, грунтоносов, штампов и зондов штатными способами буровой установки используют массу самой установки для компенсации реактивной силы, что исключает возможность отбора образцов ненарушенного строения методом задавливания при производстве работ переносными и самоходными установками малого веса или при производстве работ вручную.
Для производства статических испытаний грунтов в скважинах и задавливания грунтоносов установками с недостаточным для этого весом, имеются технические решения с устройствами анкерных приспособлений вне точки исследования с последующим креплением установки к якорю. [1]; [2]
Анкера представляют собой винты, шнеки, забуриваемые в грунт. Недостатками подобной схемы является:
1. невозможность проведения испытания вручную;
2. необходимость забуривания минимум одного грунтового анкера в точке, отличной от точки испытания, с последующим креплением буровой установки к нему;
3. необходимость снятия анкера после проведения опыта с перестановкой буровой установки для этого.
4. ликвидация отверстия от грунтового анкера, а в случае производства работ на застроенной территории - восстановление дорожного покрытия
в итоге мероприятий по п. 1.1-1.3, для проведения одного испытания производится три монтажа-демонтажа бурового станка (две над анкером со значительными потерями времени) и остается два отверстия для ликвидации.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению техническим решением является Устройство для отбора проб породы из скважин [3]. Данное устройство использует для анкерения в стенки скважины трособлочную систему.
Трособлочная система является устаревшей, весьма сложной и объемной конструкцией, требующей наличия скважины существенно большего диаметра, чем диаметр грунтоноса. Так же данное решение предполагает наличие лебедки, которая отсутствует у подавляющего числа малых станков. Использование данного метода и устройства при производстве работ вручную исключено.
Целью предлагаемого изобретения, а именно Устройства и способа испытания грунтов и отбора образцов ненарушенного строения в скважине с автоматической компенсацией реактивной силы (далее Устройство), является способ реализации следующих задач:
1. создание необходимого давления на любой штатный пробоотборник, грунтонос, колонковый снаряд с целью его задавливания в грунт для отбора образца ненарушенного строения (монолита);
2. создания испытующей нагрузки на забой (штамповые испытания, статическое зондирование) и стенки скважины (прессиометрические исследования).
3. равномерное создание нагрузки на забой и задавливание грунтоносов без рывков и перекосов;
4. компенсация реактивной силы при производстве действий по п. 1-3. без необходимости сооружения дополнительных якорных и пригружающих устройств.
5. использование стандартного бурового оборудования унифицированных диаметров;
6. возможность использования в труднодоступных местах и при работах вручную - небольшой вес и выигрыш в силе.
Сущность предполагаемого изобретения заключается в решении вышеперечисленных задач при помощи Устройства посредством обычного правого вращения любым буровым станком вращательного бурения, воротком при ручном способе бурения (типа серийно производящегося комплекта «Бур геолога») или трубным ключом, без необходимости создания нагрузки на забой и без каких-либо дополнительных мероприятий по анкерению или пригрузке.
Задавливание происходит равномерно, без скачков давления, с большим выигрышем в силе, за счет применения винтового домкрата, что позволяет производить полезные действия силами одного-двух работников.
На фиг. 1 изображен разрез предлагаемого Устройства.
На фиг. 2 изображено укрупненно Якорное устройство.
Устройство состоит из следующих узлов и компонентов:
А. Корпус устройства, в виде трубы необходимого диаметра и длины, разделенной на две части герметичной Перегородкой 1 для исключения попадания в Нижнюю часть корпуса А1, заполненную консистентной смазкой, грунта и флюидов из скважины и дренажными отверстиями 2 в Верхней части А2, над герметичной Перегородкой 1, для удаления неизбежно попадающих в Верхнюю часть А2 частиц грунта и флюидов. В Нижнюю часть корпуса А1 ввернута Винтовая пробка 3 с внутренней левой резьбой (опорной, прямоугольной или трапециевидной). В Верхнюю часть корпуса А2 устройства вкручена Пробка 4 со свободно вращающейся на упорном подшипнике верхней частью. В Пробке 4 имеется n-гранное отверстие, служащее для пропускания Ведущего вала В, передачи вращения и свободного перемещения Ведущего вала В вверх-вниз (на чертеже применено более технологичное сечение - шестигранное).
Б. Винт с левой резьбой (опорной, прямоугольной или трапециевидной), вворачиваемый в Винтовую пробку 3. Винт Б имеет на нижнем конце унифицированную правую буровую резьбу для навинчивания стандартного переводного переходника типа Ш - шестигранный переходник, либо П - резьбовой (на который наворачивается необходимый инструмент - любой штатный грунтонос, пробоотборник, колонковая труба, штамп, зонд), верхняя часть выполнена без резьбы для исключения самопроизвольного выпадения Винта Б в случае максимального выворачивания. Винт Б имеет сквозное отверстие по всей длине для пропускания кабеля, в случае использования на нижнем конце устройства какого-либо электронного регистрирующего устройства, типа датчика давления, месдозы, зонда статического зондирования. Отверстие так же служит пропускания всевозможных зондов и облегчения устройства и при отсутствии необходимости может быть закрыто заглушками.
В. Ведущий вал n-гранного профиля, аналогичного сечению отверстия Пробки 4, имеющий возможность продольного перемещения в пределах Верхней части корпуса устройства А2. Ведущий вал в нижней части имеет резьбовой участок с Шайбой 8, Гайкой 9 и Шплинтом 10 для исключения самопроизвольного выпадения корпуса устройства А. В верхней части Ведущий вал имеет Цилиндрическую часть 12 для надевания якорного устройства Г, заканчивающуюся наружной резьбой для фиксации якорного устройства Г Контргайкой 11 и навинчивания стандартного переводного переходника типа П (резьбовой) или Ш (шестигранный) для соединения Устройства с буровой колонной. Ведущий вал В имеет сквозное отверстие по всей длине для пропускания кабеля, в случае использования на нижнем конце устройства какого-либо электронного регистрирующего устройства, типа датчика давления, месдозы, зонда статического зондирования. Отверстие так же служит пропускания всевозможных зондов и облегчения устройства и при отсутствии необходимости может быть закрыто заглушками.
Г. Якорное устройство, состоящее из Корпуса 13 надеваемое на Цилиндрическую часть 12 Ведущего вала В и имеющее Проушины 14 для крепления от двух до четырех Якорных лопаток 15 Болтами 16. Якорное устройство подвешивается Пружиной сжатия 17, расположенной на Ведущем валу В между Пробкой 4 и Корпусом 13 Якорного устройства, для предотвращения самопроизвольного разведения Якорных лопаток 15 под собственным весом Якорного устройства Г в процессе спускоподъемных операций. Якорные лопатки 15 имеют отверстия 18 для болтового крепления к ним, при необходимости, уширяющих накладок (в случае большого диаметра скважины, наличия каверн, слабых грунтов) или крепления регистрирующих датчиков (месдоз, датчиков давления и прочее).
Порядок работы предполагаемого изобретения (Устройство и способ испытания грунтов и отбора образцов ненарушенного строения в скважине с автоматической компенсацией реактивной силы):
1. Устройство опускается на забой скважины на буровом снаряде, при этом под весом снаряда сжимается пружина 17 и якорные лопатки 15 разводятся максимально в стороны, упираясь в стенки скважины;
2. к буровому снаряду прилагается правое вращение любым механическим способом либо вручную воротком комплекта «Бур геолога» или трубным ключом;
3. правое вращение через Ведущий вал В передается на Корпус устройства А, в результате чего начинает выдвигаться Винт Б, имеющий левую резьбу;
4. Винт Б, встречая сопротивление грунта через навернутое на него приспособление (любой штатный грунтонос, пробоотборник, колонковая труба, штамп, зонд) подает вверх Корпус устройства А;
5. Корпус устройства А двигаясь вверх расклинивает Якорные лопатки 15, которые внедряясь в стенки скважины создают противодействие;
6. в момент, когда противодействие Якорных лопаток 15, имеющих заведомо большую площадь, чем инструмент на забое скважины, превышает возможности сопротивления грунта на забое скважины, Винт Б начинает совершать полезную работу, задавливая в испытуемый грунт приспособление (любой штатный грунтонос, пробоотборник, колонковая труба, штамп, зонд);
7. по достижению необходимой глубины отбора образца, либо глубины испытания, переходим к п. 9;
8. по достижению предельного выворачивания Винта Б он начинает вращаться совместно с Корпусом устройства А, срывая отобранный образец грунта от массива;
9. совершив полезную работу по п. 7 или 8, вращение останавливается, поднимается буровой снаряд, который влечет за собой Ведущий вал В, свободно перемещающийся в шлицах Пробки 4 вверх, увлекая Якорное устройство Г через Корпус 13, выводя Якорные лопатки 15 из расклинивающего взаимодействия с Корпусом устройства А и ликвидируя распор в стенки скважины;
10. поднимаемый далее Ведущий вал В упирается Шайбой 8 в Пробку 4 и увлекает за собой все Устройство вместе с навернутым приспособлением (любой штатный грунтонос, пробоотборник, колонковая труба, штамп, зонд);
11. после подъема Устройства на поверхность Винт Б, предварительно очищенный от частиц грунта, заворачивается и Устройство готово к новому циклу работы.
Источники информации
1. RU(11) 2446251 (13) С1
http://www.fips.rU/Archive/PAT/2012FULL/2012.03.27/DOC/RUNWC1/000/000/002/446/251/DOCUMENT.PDF;
2. RU (11) 2258113 (13) С1
http://www.fips.ru/Archive/PAT/2005FULL/2005.08.10/DOC/RUNWC1/000/000/002/258/113/DOCUMENT.PDF:
3. Авторское свидетельство СССР №332351, кл. Е21В 49/02, 1970.
http://www.findpatent.ru/patent/98/987086.html