УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ БУРОНАБИВНОЙ СВАИ
DEVICE FOR ERECTION OF DRILLED PILE

Изобретение относится к строительству, а именно к укреплению слабых грунтов, и может быть использовано при строительстве промышленных и гражданских объектов как при возведении новых фундаментов, так и при усилении старых, поврежденных или требующих реконструкции фундаментов.
Известен способ возведения набивной сваи, включающий образование скважины в грунте за счет принудительного оттеснения грунта без выноса его на поверхность с помощью бурильной колонны с наконечником, который оставляют в скважине, подачу твердеющей смеси осуществляют одновременно с погружением наконечника, принудительно внедряют твердеющий материал в стенки скважины, создавая избыточное давление в зонах слабых грунтов, причем бурильная колонна состоит из буровых штанг с отдельными шнековыми секторами, а буровая штанга перед наконечником выполнена в виде шнека, наконечник состоит из жестко соединенных между собой конических и цилиндрических катков (Патент RU №2278212, кл. E02D 5/36, опубл. 2006).
Главный недостаток данного способа возведения набивной сваи заключается в необходимости установки металлического каркаса после извлечения бурового снаряда из скважины. При такой технологии изготовления сваи невозможно обеспечить установку каркаса строго по оси скважины, а следовательно и обеспечить равномерную толщину оболочки из твердеющего материала вокруг каркаса, что значительно снижает прочностные характеристики сваи.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ и устройство для возведения сваи, состоящее из металлического каркаса, раскатчика с конусными катками, полой бурильной колонны с наконечником (Патент RU №2238366, кл. E02D 5/34, опублик. 2004 г.).
Недостатками данного устройства являются: необходимость использования тяжелого бурового оборудования, обеспечивающего значительные осевые усилия для внедрения трубы с наконечником в грунт без вращения, что практически делает невозможным его использование в стесненных условиях, например в подвалах зданий. Перфорация инъекционных труб по всей длине сваи довольно трудоемкая работа, что значительно удорожает стоимость сваи.
Технический результат, ожидаемый от использования изобретения, заключается в обеспечении возможности возведения буронабивной сваи, в том числе с применения малогабаритного бурового оборудования в стесненных условиях, при высоком качестве возводимой сваи.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для возведения буронабивной сваи, состоящем из металлического каркаса, раскатчика с конусными катками, полой бурильной колонны с наконечником, раскатчик жестко соединен с металлическим каркасом, при этом верхняя часть раскатчика имеет вид усеченного конуса, образующая которого выполнена в виде кривой второго порядка, а наконечник жестко связан с полой бурильной колонной и размещен на ее нижнем конце, при этом арматурные прутки металлического каркаса жестко связаны с монтажными кольцами. И тем, что наконечник имеет, по крайней мере, два плеча, шарнирно установленные в продольных пазах корпуса с возможностью вращения на своих осях и перемещения к центру скважины в транспортном положении, а так же тем, что на боковой поверхности наконечника имеется, по крайней мере, две полости, соединенные с внутренней полостью наконечника. И тем, что на внешней поверхности монтажных колец, связывающих арматурные прутки металлического каркаса, жестко смонтированы центрирующие элементы, расположенные попарно в разбежку, при этом каждая последующая пара лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости предыдущей пары.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство в рабочем положении с наконечником в разрезе, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - устройство в транспортном положении.
Устройство для возведения буронабивной сваи состоит из металлического каркаса 1, раскатчика с коническими катками 2, полой бурильной колонны 3 и наконечника 4 (фиг.1). Раскатчик 2 жестко соединен с металлическим каркасом 1, при этом верхняя часть раскатчика 2 имеет вид усеченного конуса 5, образующая которого 6 выполнена кривой второго порядка. В нижней части наконечника 4 имеются, по крайней мере, два продольных паза 7, в которых шарнирно с возможностью вращения на осях 8 размещены плечи 9, а так же на боковой поверхности имеются, по крайней мере, две полости 10, соединенные с внутренней полостью 11 наконечника 4. Арматурные прутки металлического каркаса 1 жестко связаны монтажными кольцами 12, к которым жестко попарно присоединены центрирующие элементы 13 (фиг.2), расположенные в разбежку на некотором расстоянии друг от друга, при этом каждая последующая пара центрирующих элементов лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости предыдущей пары.
Устройство работает следующим образом. Буровой агрегат (на фиг.1 и 3 не показан) устанавливают на точку под будущую сваю. К полой бурильной колонне 3 при помощи резьбы подсоединяют наконечник 4, образуя буровой снаряд, который подсоединяется к вращателю бурового агрегата.
Собранный буровой снаряд пропускают внутрь металлического каркаса 1 до упора нижнего торца наконечника 4 в торец усеченного конуса 5 верхней части раскатчика 2. При этом плечи 9 наконечника 4, вращаясь на осях 8, свободно скользят по образующей 6 усеченного конуса 5 верхней части раскатчика 2 и выходят из продольных пазов 7, выступая за пределы арматурных прутьев металлического каркаса 1. Затем начинают вращать устройство с приложением осевого усилия к буровому снаряду 3. Крутящий момент от вращателя бурового станка передается на арматурные прутья металлического каркаса 1 при помощи плечей 9 наконечника 4, которые по мере вращения наконечника 4 упрутся в арматурные прутья (фиг.1). А так как металлический каркас 1 жестко связан с раскатчиком 2, то последний начинает вращаться вместе с ним и при передачи осевого усилия от наконечника 4 раскатчику 2 начинается процесс бурения пилотной скважины без выноса грунта на поверхность.
Необходимо особо отметить тот факт, что и крутящий момент и осевое усилие при вращательном бурении пилотной скважины, прилагаемые к нижнему торцу металлического каркаса 1, исключают его деформацию, т.к. остальная часть металлического каркаса 1 подвержена незначительным нагрузкам, возникающим от трения центрирующих элементов о стенки скважины, что исключает необходимость применения каркаса высокой жесткости, а следовательно, и высокой стоимости.
При вращении и осевом поступательном движении бурового снаряда 3 раскатчик 2 внедряется в грунт, вминая в стенки скважины грунт, выдавливаемый из под раскатчика 2, тем самым уплотняя и повышая их устойчивость, что весьма важно при бурении скважины в слабоустойчивых грунтах. Центрирующие элементы 13 удерживают металлический каркас 1 строго по оси скважины, что в дальнейшем обеспечит равную толщину оболочки из твердеющего материала вокруг металлического каркаса 1 и не изменит прочностных характеристик сваи.
По достижении проектной глубины скважины начинают подъем бурового снаряда 3 на поверхность, оставляя раскатчик 2 в скважине. При подъеме бурового снаряда 3 плечи 9 наконечника 4, войдя в контакт с монтажными кольцами 12, связывающие прутья металлического каркаса 1, вращаясь на осях 8, перемещаются к центру скважины и свободно проходят внутри полости металлического каркаса 1 (фиг.3). Одновременно с началом подъема бурового снаряда 3 начинают подачу твердеющей смеси в освобождающуюся полость пилотной скважины, которая изливается через полости 10 на боковой поверхности наконечника 4, т.к. эти полости связаны с внутренней полостью 11 наконечника 4.
Необходимо особо отметить то, что при такой конструкции устройства имеется возможность подавать твердеющую смесь в скважину с определенным давлением при прохождении участков скважины с различной устойчивостью ее стенок, т.е. в интервалах скважины со слабо устойчивыми грунтами создавать повышенное давление, обеспечивая более глубокое проникновение твердеющей смеси в стенки скважины.
Таким образом, предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества перед известными:
1. Приложение крутящего момента и осевого усилия от бурового снаряда к нижней части металлического каркаса исключает возможность его деформации при проходке пилотной скважины.
2. Обеспечивается надежная центрация металлического каркаса относительно оси скважины и равномерная толщина оболочки из твердеющего материала вокруг каркаса.
3. Обеспечивается возможность сооружения буронабивных свай малогабаритным буровым оборудованием, в том числе в стесненных условиях строительных площадок и при усилении ранее возведенных фундаментов.