УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ

Полезная модель относится к строительству, а именно к устройствам, предназначенным для струйной цементации грунта, а также для строительства свайных фундаментов с повышенной несущей способностью под здания или сооружения.
При создании подземной конструкции, например сваи, методом струйной цементации, инъектирование цементного раствора производится в различных почвенных слоях, в некоторых случаях значительно отличающихся по своим физико-механическим свойствам. Поэтому свая по длине имеет различный диаметр, что отрицательно влияет на ее прочность и долговечность. А также « Для определения фактического диаметра свай проектами, как правило, предусматривается откопка оголовков после отстоя свай в течение нескольких суток, необходимых для набора прочности грунтоцемента. Это значительно увеличивает время опытных работ и приводит к нерациональному использованию бурового и инъекционного оборудования » (Малинин А.Г. и др. Экспериментальные исследования параметров струйной технологии в различных грунтовых условиях).
Известен комплекс для струйной цементации грунта, RU 103539 Ul E02D 3/12 опубл. 20.04.2011, включающий смесеприготовительную станцию, насос высокого давления, трубопровод цементной смеси, пневматическую систему, включающую компрессор с ресивером и трубопроводом сжатого воздуха, буровую установку, оснащенную цементным и воздушным вертлюгами, а также бурильную колонну, причем, пневматическая система снабжена обратным клапаном, установленным на трубопроводе сжатого воздуха на буровой установке.
Известно оборудование для струйной цементации, RU 285249 С2 E02D 3/12 опубл 27. 03. 2013, включающее мачту, вращатель, перемещаемый  вдоль параллельной мачте оси и управляемый при вращении вокруг упомянутой оси, комплект полых насосных штанг, временно разъединенных с вращателем, подающее средство для закачивания цементного раствора закрепляющей текучей среды в грунт через колонну насосных штанг и средство для изменения скорости вращения. Дополнительно содержит ротор, непосредственно прикрепленный к одной из насосных штанг колонны и технологически соединенный с вырабатывающим сигнал устройством, установленным на не вращающейся части оборудования и выполненным с возможностью вырабатывания сигналов управления для изменения скорости вращения вращателя в ответ на угловое положение ротора.
Известен способ контроля качества строительной конструкции, RU 2392620 CI G01N 33/38 опубл. 20.06.2010, и в частности противофильтрационных вертикальных завес, формируемых струйной цементацией. Способ контроля качества строительной конструкции состоит в использовании звукового метода на отражение ультразвуковых волн для обнаружения дефектов в строительной конструкции между зондами, то есть излучателем и отражателем. Способ требует дополнительного бурения скважин, установки в них труб, что повышает стоимость струйной цементации и увеличивает трудоемкость работ.
Известен способ георадиолокационного исследования почв (патент RU 1562883, 2170297, 2256941, 2577624, 2647221) осуществляемого при помощи георадара (патент RU 2080622, 2244322, 2256041, 2451954). Георадар - это мобильный электронный геофизический прибор, позволяющий получать непрерывный разрез исследуемой среды и записывать его в файл для дальнейшей обработки, анализа и документирования. Принцип действия георадара основан на методе радиолокации: излучение в почву электромагнитных импульсов и регистрация отраженных сигналов от неоднородностей и объектов в толще почвы. Подобный метод является методом неразрушающего исследования и контроля. Георадар состоит из антенны, выполняющей роль излучателя серии импульсов измерительных сигналов и приемника отраженных сигналов, блока управления режима работы георадара, радиомодема и блока питания. Радиомодем передает результаты замеров по радиоканалу для записи на ноутбук.
Наиболее технически близким и принятым за прототип является устройство для струйной цементации, описанное в учебном пособии «Бройд И.И, Струйная геотехнология. - М.: Изд. Ассоциации строительных вузов, 2004 - С. 9 Рис. 1.1», содержащее буровой станок, буровую штангу в виде полой металлической трубы, монитор, закрепленный на буровой штанге, корпус монитора выполнен в виде металлического полого цилиндра, на корпусе монитора закреплена струйная насадка, и также устройство содержит гибкий шланг для подвода водоцементного раствора к насадке, выведенный наружу через полость монитора и буровой штанги (смеситель и насос высокого давления на рис. не показан).
Недостатком, как аналогов, так и прототипа, является невозможность определения размеров подземной конструкции во время создания подземной конструкции методом струйной цементации.
Целью полезной модели является создание устройства для определения размеров подземной конструкции во время создания конструкции методом струйной цементации для корректировки процесса цементации.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для струйной цементации, содержащее буровую штангу в виде полой металлической трубы, монитор, закрепленный на буровой штанге, корпус монитора выполнен в виде металлического полого цилиндра, на корпусе монитора закреплена струйная насадка, а также содержит гибкий шланг для подвода водоцементного раствора к насадке, выведенный наружу через полость монитора и буровой штанги, при этом, устройство снабжено георадаром, состоящим из скважной антенны с кабелем, включающей в себя излучатель и приемник, блок управления, радиомодем, блок питания и соединительные кабеля, причем в корпусе монитора вырезано окно ниже струйной насадки на расстоянии 100-300 мм, за которым внутри корпуса монитора, измерительной поверхностью в сторону окна, установлена скважная антенна георадара, а окно герметично закрыто пластиной из диэлектрического материала, кабель антенны по внутренней поверхности монитора и буровой штаги выведен в верхнюю часть буровой штанги и соединен с блоком управления георадара, который в свою очередь соединен с радиомодемом и блоком питания, причем блок управления, радиомодем и блок питания установлены на площадке, закрепленной к верхней части буровой штанги.
Между отличительными признаками и достигнутым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Введение в устройство георадара дает возможность определять расстояние от монитора до границы грунтоцемент - почвенная порода. Одним из существенных признаков является установка антенны георадара ниже струйной насадки на 100-300 мм, что дает возможность производить замеры зоны, обработанной струей водоцементного раствора. Признак наличия окна на корпусе монитора, крепление антенны георадара измерительной поверхностью в сторону окна и при наличии вращения монитора во время цементации дает возможность получать последовательные замеры по поверхности обработки. Расположение блока управления, радиомодема и блока питания на площадке, закрепленной к корпусу верхней части буровой штанги с возможностью осуществления вращательного движения вместе со штангой, дает возможность осуществлять непрерывные замеры во время осуществления процесса струйной цементации. Наличие в георадаре радиомодема дает возможность передавать радиосигналом результаты измерений на ноутбук. (Мощность радиомодема георадара ОКО - 2100 м).
Совокупность существенных признаков устройства, а именно наличие связи между элементами, взаимное расположение элементов, параметры, материал из которого выполнены элементы, характеризуют заявленное решение как устройство для струйной цементации и достаточно для достижения технического результата - определения размеров подземной конструкции во время создания конструкции методом струйной цементации для корректировки процесса цементации.
Сущность полезной модели заключается в том, что измерительное устройство, смонтированное на вращающейся штанге, дает возможность производить замеры в процессе струйной цементации и результаты замеров передавать оператору.
Полезная модель поясняется чертежом. На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства, на фиг. 2 - вид А на монитор.
На буровой штанге 1 в виде полой металлической трубы закреплен монитор 2, корпус 3 которого выполнен в виде металлического полого цилиндра. На корпусе 3 монитора 2 закреплена струйная насадка 4. Водоцементный раствор по гибкому шлангу 5, проложенному по полости штанги 1 и полости монитора 2, подводится к насадке 4. Устройство снабжено георадаром (в качестве георадара могут использоваться Георадары ОКО. http://www.geotech.ru/market/katalog_oborudovaniya/ /georadar_oko), состоящим из составных частей: скважную антенну 6, включающую в себя излучатель и приемник (в качестве скважной антенны могут применяться антенны типа ВА100, ВА500, ВА1000. Антенны Георадаров. http://geo-cer.ru/category/antennas/ann), блок 7 управления георадаром, радиомодем 8 (предназначен для беспроводного соединения по радиоканалу с ноутбуком. В георадаре ОКО - 2 применяется радиомодем РМ-2), и блок 9 питания. Составные части соединяются кабелями 10, входящими в состав комплекта поставки георадара. В корпусе 3 монитора 2, ниже струйной насадки 4 на расстоянии Z=100-300 мм вырезано окно 11, за которым внутри корпуса 3 монитора 2, измерительной поверхностью в сторону окна 11, установлена скважная антенна 6 георадара, а окно 11 для защиты антенны 6 и внутренней полости монитора 2 герметично закрыто диэлектрической пластиной 12, Блок 7 управления, радиомодем 8 и блок 9 питания монтируются на площадке 13, закрепленной к корпусу 14 верхней части буровой штанги 1. Скважная антенна 6 соединена с блоком 7 управления при помощи кабеля 15, входящим в комплект поставки антенны 6. При применении георадара ОКО составные части георадара могут соединяться при помощи кабелей 10 георадара согласно схеме приведенной на С.65 инструкции по эксплуатации на георадар ОКО - 2.
Устройство работает следующим образом.
Предварительно, перед началом работы, согласно технической инструкции на применяемый георадар, производят настройку георадара, для чего бурят скважину на проектную глубину, подают под высоким давлением водоцементный раствор по шлангу 5 к насадке 4, производят подъем с вращением штанги 1 и обрабатывают 0,5-1 м скважины высоконапорной струей водоцементного раствора. Прекращают подачу раствора и выключают подъем и вращение штанги 1. Производят настройку и проверку работы георадара.
При создании подземной конструкции монитор 2 приводят во вращение с одновременным подъемом. По мере подъема вращающегося монитора 2, размытый высоконапорной струей раствора грунт перемешивается с водоцементным раствором, и таким образом в грунтовом массиве образуется цилиндрическая размытая полость, заполненная грунтоцементной пульпой.
В процессе струйной цементации излучатель антенны 6 излучает импульсы электромагнитной последовательности в обработанную водоцементной струей зону грунта. Приемник антенны 6 принимает отраженные сигналы. Сигналы от антенны 6 по кабелю 15 поступает в блок 7 управления, где преобразуется их в цифровую форму. Преобразованные сигналы сравнивается с базовыми сигналами и результат сравнения радиомодемом 8 по радиоканалу передается в ноутбук. В ноутбуке принятые сигналы преобразуются в видиосигналы и картинка почвы выводится на экран ноутбука с возможности записи картинки на USB - флеш-накопитель. На картинке отражается расстояние от монитора 2 до границы раздела фракций: влажной грунтоцементной пульпы и сухого обрабатываемого грунта.
При этом, если размеры конструкции начинают превышать проектный размер, то увеличивают скорость подъема буровой штанги 1, если размер начинает уменьшаться, то скорость подъема штанги 1 уменьшают. То есть возможна корректировка параметров процесса струйной цементации во время возведения подземной конструкции.
Преимущество предлагаемого устройства для струйной цементации дает возможность производить замеры возводимой конструкции струйной цементацией во время возведения конструкции, при отклонении размеров от запланированных возможна корректировка, как по скорости подъема буровой штанги, так и по скорости ее вращения. При конструировании отпадает необходимость откопки оголовков свай и за счет изготовления лидерной сваи уточняются размеры конструкции и параметры струйной цементации. Устройство дает возможность получать данные по каждой подземной конструкции, возводимых струйной цементацией, и хранить их. Устройство открывает возможность автоматизации процесса струйной цементации.