ВДАВЛИВАЕМЫЙ ИНЪЕКТОР
EMBEDDED INJECTOR

Изобретение относится к фундаментостроению, предназначено для вдавливания в слабый водонасыщенный грунт природного или искусственного сложения мелкозернистого бетона или пескобетона на необходимую глубину для его закрепления и упрочнения.
Известен инъектор с теряемым наконечником для закрепления водонасыщенных грунтов, предназначенный для погружения в грунт (забивкой или задавливанием). Погружение производят до необходимой глубины. Затем вокруг инъектора на расстоянии, которое определяется расчетом, в грунт погружают перфорированный трубчатый элемент до глубины, соответствующей глубине погружения инъектора. После обезвоживания зоны закрепления грунта в инъектор подается под давлением закрепляющий раствор. Одновременно начинается частичное извлечение из грунта перфорированного трубчатого элемента, создающего при этом вокруг себя зону с пониженным давлением. В процессе закрепления нижнего слоя грунта, а именно подачи закрепляющего раствора, инъектор постепенно извлекается из грунта. При этом теряемый наконечник остается в грунте на отметке, а образовавшаяся скважина заполняется через открытый нижний конец инъектора закрепляющим раствором. Таким образом, формируется закрепленная зона грунта. Размер зоны закрепления определяется расчетом в зависимости от конкретных инженерно-геологических условий. [1]
Недостатком такого аналога является конструкция наконечника сваи, которая остается в грунте, что исключает ее использование повторно, также это ведет к искусственному удорожанию «погонного метра» сваи. Наличие в инъекторе открытых перфорированных отверстий не исключает попадания грунта в будущее тело сваи, что в свою очередь ведет к уменьшению несущей способности сваи.
Известен забивной инъектор, включающий полый корпус с выпускным отверстием, выполненным в его нижней части, и жестко закрепленный наконечник, отличающийся тем, что наконечник выполнен в виде пружины с углом заострения 120°, закрепленной в выпускном отверстии корпуса [2].
Недостатком такого аналога ограниченность применения данного инъектора в стесненных городских условиях, а также привлечение дополнительных ресурсов при подъеме данного инъектора на поверхность.
Наиболее близким (прототипом) является известный забивной инъектор, содержащий полый корпус с выпускным отверстием, выполненным в его нижней части, и наконечник с хвостиком, размещенный в выпускном отверстии корпуса, отличающийся тем, что хвостик наконечника закреплен в корпусе посредством фиксатора для отделения наконечника от корпуса на необходимой высоте инъектирования за счет давления, подаваемого в корпус раствора [3].
Недостатком прототипа является конструкция наконечника сваи, которая остается в грунте и поэтому он не может повторно использоваться как часть заостренного наконечника при последующем погружении сваи и тем самым приводит к удорожанию «погонного метра» сваи.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы вдавливаемого инъектора, при устройстве набивных свай в грунтах с различными физико-механическими свойствами.
Поставленная цель достигается тем, что во вдавливаемом инъекторе, включающем полый корпус, имеющий в верхней части фиксатор для бетонолитной трубы, с выпускными отверстиями, выполненными в его нижней части, и закрепленным наконечником, внутри полого корпуса размещен в нижней его части цилиндрический металлический полый ствол с вдавливаемым наконечником, крепящийся к корпусу инъектора за счет поперечной стальной оси, имеющий четыре выходных отверстия прямоугольной формы, открытие которых осуществляется за счет опускания цилиндрического металлического полого ствола с вдавливаемым наконечником, под давлением подаваемого в ствол инъектора раствора, при этом суммарная площадь выходных отверстий должна быть больше, чем поперечная площадь инъектора, в 1,1 раза. Полый корпус вдавливаемого инъектора может быть выполнен четырехугольным из стальных пластин, обшитых стальным листом с четырех сторон по всей длине инъектора, либо выполненный из двух двутавров, который сварен по всей длине конструкции вдавливаемого инъектора стальными листами.
Суммарная площадь выходных отверстий должна быть больше, чем поперечная площадь инъектора, в 1,1 раза, данное условие позволяет беспрепятственно подавать бетонный раствор в образовавшуюся полость в грунте, данное условие исходит из формулы определения расхода при вытекании жидкостей из больших прямоугольных отверстий (основы гидравлики). Конструкция вдавливаемого наконечника работает в системе «инъектор - наконечник», сам наконечник выполнен со стандартным углом заострения ~60°C, исходя из технического опыта устройства свай, данный угол заострения является оптимальным для минимальных показателей удельной энергоемкости изготовления скважин. Исходя из конструктивных решений устройства свай, также предлагается устройство данным изобретением свай квадратного сечения, за счет изменения конструкции корпуса. Также во всех предлагаемых конструкциях вдавливаемого инъектора, пространство между инъектором и корпусом заполняется пескобетоном М300 с целью увеличения эффекта защиты от статической нагрузки, передаваемой от рабочего оборудования сваевдавливающей установки на конструкцию вдавливаемого инъектора.
Полый корпус вдавливаемого инъектора может быть выполнен четырехугольным из стальных пластин, обшитых стальным листом с четырех сторон по всей длине инъектора, либо выполненный из двух двутавров, который сварен по всей длине конструкции вдавливаемого инъектора стальными листами, причем ребра устанавливаются с шагом b, зависящим от следующего условия:
b=(2÷3)а(в.и.), согласно СП 16.13330.2011, п. 7.3.3.
где а_(в.и.) - ширина вдавливаемого инъектора.
Вдавливаемый инъектор состоит из полого корпуса 1, выполненного, например, из звеньев толстостенных труб длиной 3-8 м (либо из стального листа, швеллеров), внутри которого размещен инъектор 2, выполненный, например, из трубы, соединенный с бетонолитной трубой через фиксатор 3, а бетонолитная труба в свою очередь - с бетононасосом (не показан) для подачи раствора в тело сваи и имеющим в нижней части четыре выпускных отверстий 6, вдавливаемый наконечник 4, например из высокопрочной стали, с углом заострения 60°, ось стальная 5, вваренная внизу корпуса 1, обеспечивает смещение вдавливаемого наконечника 4 от корпуса 1 на необходимой проектной отметке возводимой буронабивной сваи.
Полый корпус вдавливаемого инъектора имеет различные варианты конструктивного исполнения, для изготовления не только круглого, но и квадратного сечения свай. На фиг. 1 показаны следующие варианты исполнения:
а) Вдавливаемый инъектор в полом корпусе, выполненный из трубы.
б) Вдавливаемый инъектор в полом корпусе, выполненный из ребер из стальных пластин, обшитых стальным листом с 4-х сторон по всей длине инъектора, ребра устанавливаются с шагом b, зависящим от длины погружаемого инъектора.
в) Вдавливаемый инъектор в полом корпусе, выполненный из 2-х двутавров, которые сварены по всей длине инъектора стальными листами.
Вдавливаемый инъектор работает следующим образом: корпус 1 вдавливаемого инъектора погружают в грунт до проектной отметки посредством сваевдавливающей установки (не показано). Вдавливаемый наконечник 4, установленный над выходными отверстиями 6 инъектора 2, препятствует при вдавливании проникновению грунта в полость инъектора 2. Обратным ходом зажимной рамы сваевдавливающей установки (не показано) корпус 1 вдавливаемого инъектора циклично извлекают из грунта и параллельно осуществляют бетонирование тела сваи восходящим способом. При этом за счет стальной оси 5 осуществляется вертикальное смещение вдавливаемого наконечника 3 от корпуса 1 и открывает выпускные отверстия 6, суммарная площадь которых должна быть больше, чем поперечная площадь инъектора, в 1,1 раза, с целью исключения сопротивления истечению раствора из инъектора 2 в полученную полость за счет освобождения выпускного отверстия 6 при отделении вдавливаемого наконечника 3 от корпуса 1.
На фиг. 2 представлена схема устройства набивной сваи, с применением предлагаемого вдавливаемого инъектора;
а) Вдавливание инъектора сваевдавливающей установкой.
б) Погружение инъектора до проектной отметки.
в) Открытие выпускного отверстия путем смещения наконечника под действием давления бетонной смеси.
г) Бетонирование тела сваи восходящим способом.
д) Готовая буронабивная свая.
На фиг. 3 показан основной принцип работы вдавливаемого инъектора:
а) С закрытым наконечником.
б) С открытым наконечником.
Техническим результатом, позволяющим решить поставленную задачу, является увеличение несущей способности буронабивной сваи на 10-12% за счет радиального уплотнения грунта в процессе статического погружения вдавливаемого инъектора, а также беспрепятственное инъектирование восходящим способом тела сваи, за счет резкого снижения сопротивления истечения раствора из корпуса инъектора через выпускное отверстие.
Источники информации.
1. Патент РФ №2301299 от 20.06.2007 г.
2. Патент РФ №2206662 от 20.06.2003 г.
3. Патент РФ №2208087 от 10.07.2003 г.