УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЛУБИННОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА
DEVICE FOR DEPTH REINFORCEMENT OF SOIL

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для введения закрепляющих материалов и их перемешивания с грунтом с образованием столбчатых конструкций.
Известно устройство для глубинного укрепления грунта, включающее полый поворотный корпус с соединительной муфтой, размещенные на корпусе забурник, ряд режущих лопастей с передней и задней гранями, перемешивающие и центрирующие лопасти и расположенные вдоль режущих лопастей сопла (А.С. СССР по заявке №2836314/29-33, E02D 3/12, 1979).
Недостаток данного устройства - недостаточно эффективное перемешивание грунта с вяжущим, что снижает качество и несущую способность грунта, кроме того, наличие дополнительных режущих и центрирующих лопастей и значительные размеры перемешивающих лопастей увеличивают энергоемкость процесса, металлоемкость и стоимость конструкции устройства.
Наиболее близким к изобретению является устройство для глубинного укрепления грунта, включающее полый поворотный корпус с соединительной муфтой, закрепленные на корпусе забурник, по крайней мере, две режущие лопасти с соплами и перемешивающие лопасти, выполненные в виде вертикально установленных на верхней грани, с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, на осях, под углом к продольной оси каждой режущей лопасти ряда лопаток, и установленные на верхних гранях упоры, ограничивающие угол поворота лопаток на 30°-75° к ее продольной оси (А.С. СССР №912832, E02D 3/12, 1982).
Недостаток данного устройства для глубинного укрепления грунта заключается в низкой эффективности перемешивания неоднородных грунтов с вяжущим при наличии в грунтах глинистых включений вследствие повышенного сцепления данных включений с неподвижными жесткими поверхностями верхних граней режущих лопастей, внутренних поверхностей лопаток и упоров, особенно в "мертвых" зонах (с тыльной стороны лопаток) между осями лопаток и их упорами. Это приводит к образованию сальников из глинистых включений на перемешивающих лопатках, затрудняет их срыв более рыхлым грунтом и смыв вяжущим даже при обратном вращении устройства.
Изобретение направлено на повышение эффективности перемешивания неоднородных грунтов с вяжущим при наличии в грунтах глинистых включений за счет того, что в устройстве для глубинного укрепления грунта, включающем полый поворотный корпус с соединительной муфтой, закрепленные на корпусе забурник, по крайней мере, две режущие лопасти с соплами и перемешивающие лопасти, выполненные в виде вертикально установленных на верхней грани, с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, на осях, под углом к продольной оси каждой режущей лопасти ряда лопаток, и установленные на верхних гранях упоры, ограничивающие угол поворота этих лопаток на 30°-75° к ее продольной оси, по всей длине верхних граней каждой режущей лопасти выполнены прямоугольные в сечении глухие пазы, в которых установлены плоские резиновые элементы, при этом пазы и соответственно плоские резиновые элементы имеют ширину, обеспечивающую размещение в них упоров.
Оснащение верхних граней режущих лезвий резиновыми элементами с указанными размерами, обладающими свойствами эластичности (подвижности) и меньшими коэффициентами трения, позволяет, с одной стороны, уменьшить случаи образования сальников с тыльной стороны на перемешивающих лопатках и облегчить их эвакуацию при обратном или ускоренном в том же направлении вращении, а с другой стороны, вообще снизить энергоемкость процесса перемещения грунта по верхним граням режущих лопастей устройства для глубинного укрепления грунта. При этом выполнение на верхних гранях режущих лопастей наиболее простых в изготовлении пазов прямоугольного сечения упрощает конструкцию, а наличие именно глухого паза предопределяет существование по его периметру стенок, которые предохраняют торцы резиновых элементов при прямом и обратном вращении, а также от взаимодействия со стенками скважины. В совокупности все вышеперечисленные признаки позволяют повысить эффективность перемешивания неоднородных грунтов с вяжущим при наличии в грунтах глинистых включений.
На фиг.1 изображено устройство для глубинного укрепления грунта, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1 с вариантом установки лопаток при вращении по стрелке В; на фиг.4 - то же, с вариантом установки лопаток при вращении по стрелке Г; на фиг.5 - сечение по Е-Е на фиг.4.
Устройство для глубинного укрепления грунта 1 включает полый поворотный корпус 2, по которому подается вяжущий материал, муфту 3 для присоединения устройства 1 к штанге буросмесительной машины (не показана), забурник 4, режущие лопасти 5 и перемешивающие лопатки 6.
Забурник 4 состоит из пластин 7, к которым прикреплены болтами 8 ножи 9 и обечайка 10, верхняя кромка 11 которой установлена под режущей кромкой 12 режущей лопасти 5.
Режущие лопасти 5 имеют каналы 13, соединенные с внутренней полостью 14 полого поворотного корпуса 2, и каналы 15, в которые вставлены сопла 16, закрываемые клапанами 17. Клапаны 17 содержат корпус 18, установленный на осях 19 в проушинах 20 и 21.
На верхних гранях 22 режущих лопастей 5 закреплены на осях 23, например, шайбой 24 и шплинтом 25, перемешивающие лопатки 6, которые имеют возможность поворачиваться между упорами 26 и 27, ограничивающими угол поворота этих лопаток на 30°-75° к оси режущей лопасти 5. Причем оси 23 на одной режущей лопасти 5 установлены ближе к периферии и перемешивающие лопатки 6 направлены к полому поворотному корпусу 2, а на другой режущей лопасти 5 - ближе к поповоротному корпусу 2, а перемешивающие лопатки 6 направлены к периферии.
По всей длине верхних граней 22 каждой режущей лопасти 5 выполнены прямоугольные в сечении глухие пазы 28, в которых установлены, например соединены при помощи клея, плоские резиновые элементы 29. При этом глухие пазы 28 и соответственно плоские резиновые элементы 29 имеют ширину, обеспечивающую размещение в них упоров 26, 27, расположенных по радиусу поворота перемешивающих лопаток 6. Глухие пазы 28 содержат по периметру стенки 30, предохраняющие торцы плоских резиновых элементов 29 от воздействия разрыхленного грунта.
Устройство работает следующим образом.
Устройство 1 с помощью муфты 3 закрепляется на буровой полой штанге буросмесительной машины известной конструкции (не показана) и ему придается вращение в направлении стрелки Г (фиг.4) и вертикальное перемещение в направлении стрелки Б (фиг.1).
В момент касания режущих лопастей 5 укрепляемого грунта по полой штанге (не показана) в полость 14 устройства 1 подается вяжущий материал, например водоцементная суспензия, которая по каналам 13 и 15 через сопла 16 вводится в грунт, последний, смоченный вяжущим, измельчается и разрыхляется ножами 9 забурника 4 и режущей кромкой 12 режущих лопастей 5 и перемешивается перемешивающими лопатками 6, смещаясь то к периферии (показано стрелками Д на фиг.4), под действием перемешивающих лопаток 6 одной режущей лопасти 5, то к полому поворотному корпусу 2 (показано стрелками З на фиг.4) под действием перемешивающих лопаток 6 другой режущей лопасти 5. Перемещение грунта по глубине его обработки обеспечивается в плоскости верхней грани режущей лопасти 5, что позволяет хорошо перемешивать смесь грунта с вяжущим.
Причем при наличии в грунте глинистых включений последние будут также легко перемещаться по плоским эластичным резиновым элементам 29, защищенным с торцов стенками 30 глухого паза 28 (фиг.5), и не образовывать сальников, препятствующих процессу перемешивания неоднородного грунта с вяжущим.
При достижении заданной глубины укрепления грунта прекращается подача вяжущего материала, устройству 1 придается обратное перемещение вверх и обратное вращение в направлении стрелки В (фиг.3). При этом грунт продолжает измельчаться режущими лопастями 5 и перемешиваться перемешивающими лопатками 6, легко перемещаемыми по поверхности верхних граней 22 режущих лопастей 5, оснащенных эластичными элементами 29.
Режущие лопасти 5 нижними поверхностями производят уплотнение смеси грунта с вяжущим. Смесь прижимает корпус 18 клапанов 17 к соплам 16, что предохраняет их от забивания грунтом, а ножи 9 забурника 4 и обечайка 10 способствуют созданию равнопрочной зоны укрепления грунта при подъеме устройства.