УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при возведении свайных фундаментов новых строящихся зданий и сооружений, реконструируемых старых зданий, а также сооружений самого различного назначения.
Известен способ изготовления набивной сваи (патент на изобретение RU №2039156, E02D 5/34), в котором описывается устройство, с помощью которого осуществляется данный способ, включающий бурение скважины, установку инвентарного электрического разрядника, подачу в скважину твердеющего электропроводного материала, возбуждение в нем высоковольтных электрических разрядов с помощью разрядника, с перемещением зоны возбуждения снизу вверх и последующим извлечением разрядника.
Недостатком этого устройства является повышенный расход электрической энергии, снижение которого является актуальным в условиях повсеместного энергетического дефицита.
Известно также устройство (Б.В. Бахоидин, Х.А. Джантимиров, Новые электроразрядные технологии в геотехническом строительстве // Основания, фундаменты и механика грунтов, №4-4, 1998 г., с. 47-51), состоящее из генератора импульсов, снаряда-излучателя и кабеля, соединяющего их; снаряд-излучатель имеет разрядник, помещающийся в лидерную скважину, заполненную электропроводящим раствором.
Недостатком этого устройства являются большие массогабаритные характеристики установки, низкий срок службы разрядника и, соответственно, невысокая производительность процесса, а также высокие затраты энергии, потому что для формирования конфигурации сваи и уплотнения грунта вокруг нее применяются большие величины энергии импульса.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство, описанное в патенте на полезную модель RU №43887, МПК8 E02D 5/34, состоящее из генератора импульсов, снаряда-излучателя и соединяющего их кабеля. В этом устройстве снаряд-излучатель состоит из разрядника, в котором размещен высоковольтный и заземленный электроды, причем рама, на которой закреплен заземленный электрод, изолирована по внутренней стороне сменной изоляционной конструкцией для предотвращения пробоя на раму, а в высоковольтный электрод введена изоляционная вставка, которая уменьшает потери энергии на стадии формирования канала разряда и увеличивает вероятность пробоя промежутка по сравнению с пробоем таких же промежутков без вставки на 15-22%.
Недостатки этого устройства заключаются в следующем. Применение изоляционной конструкции для предотвращения пробоя на раму показало, что эта конструкция разрушается под действием гидравлических ударов и электрического разряда. В результате, через 200-300 импульсов разряд происходит между боковой поверхностью высоковольтного электрода и рамой снаряда-излучателя, и эффективность электрогидравлических ударов в твердеющем растворе в процессе формирования уширений ствола сваи снижается. Использование изоляционной вставки из полиэтилена, введенной в высоковольтный электрод, показало, что после 30-50 разрядов влияние диэлектрической вставки на вероятность пробоя промежутка прекращается, что требует ее замены. Использование керамической вставки решает эту проблему, но из-за неплотного соединения вставки с электродом ударные воздействия при наличии концентратов напряжений в виде щелей вызывают ее разрушение через 10-30 импульсов. Вследствие этого канал разряда между высоковольтным и заземленным электродами не образуется, что приводит к остановке процесса обработки скважины электрогидравлическими ударами. К прочим недостаткам устройства можно отнести низкую производительность установки, обусловленную увеличением спускоподъемных операций, необходимых для ремонта или замены изоляции рамы снаряда-излучателя и изоляционной вставки, а также увеличению затрат электрической энергии из-за снижения эффективности электрогидравлических ударов.
Цель заявляемого технического решения состоит в повышении производительности установки и снижению затрат электрической энергии. Поставленная цель достигается тем, что в установке на торец высоковольтного электрода надета диэлектрическая шайба, имеющая внутренний диаметр, равный внешнему диаметру высоковольтного электрода, длину, равную расстоянию между торцами изоляции высоковольтного электрода и изоляционной вставки, и внешний диаметр, равный удвоенному диаметру высоковольтного электрода, изоляционная вставка изготовлена из металлокерамического соединения, а внутренняя поверхность рамы покрыта изолирующим слоем керамики, обладающей высокими электроизоляционными свойствами.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, представленным на Фиг. Установка для изготовления буронабивных свай содержит генератор импульсов 1, кабельную линию 2 и снаряд-излучатель 3. Генератор импульсов предназначен для формирования высоковольтных электрических импульсов. Кабельная линия служит для передачи электрических импульсов к снаряду-излучателю. Снаряд-излучатель состоит из корпуса и разрядника. Разрядник предназначен для преобразования высоковольтных импульсов в ударные волны и волны сжатия в бетонной смеси при формировании сваи. Разрядник содержит высоковольтный 4 и заземленный 7 электроды. В торце высоковольтного электрода имеется изоляционная вставка 5, изготовленная из металлокерамического соединения. Заземленный электрод установлен на раму 6, внутренняя поверхность которой покрыта изолирующим слоем керамики 9. Отличие от прототипа состоит в том, что на торце высоковольтного электрода имеется диэлектрической шайба 8, изоляционная вставка 5 изготовлена из металлокерамического соединения, а вся внутренняя поверхность рамы 6, кроме рабочей поверхности заземленного электрода 7, покрыта изолирующим слоем керамики. Диэлектрическая шайба 8 предназначена для предотвращения развития разряда между нерабочей боковой поверхностью высоковольтного электрода, и заземленным электродом или внутренней поверхностью рамы. Эта шайба имеет внутренний диаметр d, равный внешнему диаметру высоковольтного электрода, длину l, равную расстоянию между торцами изоляции высоковольтного электрода и изоляционной вставки, и внешний диаметр D, равный удвоенному диаметру высоковольтного электрода. Указанные геометрические размеры выбраны из следующих соображений. Внутренний диаметр d шайбы выбран равным внешнему диаметру высоковольтного электрода в целях обеспечения плотного примыкания поверхностей упомянутых компонентов. При длине шайбы l, меньшей расстояния между торцами изоляции высоковольтного электрода и изоляционной вставки, возрастает вероятность возникновения нежелательного пробоя с боковой поверхности высоковольтного электрода, а при величине l, большей этого расстояния, возбуждение рабочего режима пробоя между торцевыми поверхностями высоковольтного и заземленного электродов, наоборот, затрудняется. Внешний диаметр D шайбы выбран исходя из соображений, с одной стороны, обеспечения необходимой электрической и механической прочности шайбы, с другой стороны, рационализации ее геометрического размера.
Установка работает следующим образом. В лидерную скважину помещается по центру рабочий снаряд-излучатель 3, а в скважину заливается бетонная смесь. С пульта управления включается генератор импульсов 1. Генератор импульсов 1 состоит из высоковольтного трансформатора, который через выпрямительное устройство заряжает конденсаторную батарею до уровня напряжения, установленного на разряднике. При достижении требуемого напряжения разрядник пробивается, и высоковольтный импульс передается по кабельной линии 2 к снаряду-излучателю 3. Высоковольтный импульс, подведенный к разряднику снаряда-излучателя 3, пробивает промежуток между высоковольтным 4 и заземленным 7 электродами, что приводит к появлению электрогидравлических ударов, воздействующих на бетонный раствор и стенки скважины. Наличие диэлектрической шайбы на высоковольтном электроде, изоляционной вставки в его торце, а также слоя изолирующего керамического покрытия на поверхности рамы разрядника практически исключают вероятность развития пробоя между боковой поверхностью высоковольтного электрода и рамой, и способствуют возбуждению пробоя исключительно между рабочими поверхностями высоковольтного и заземленных электродов. Под воздействием электрогидравлических ударов происходит увеличение диаметра скважины и образование камуфлетного уширения ствола сваи, после чего процесс обработки скважины повторяется.
Полезный эффект от использования предлагаемой установки продемонстрирован в эксперименте. Были проведены испытания сравнительные испытания прототипа и предложенного устройства. Для этого было изготовлено три опытные сваи длиной 3,0 м. Диаметр лидерной скважины составлял 150 мм. Сваи формировались в связных грунтах. Обработка велась на одном ярусе, находившемся на 0,75 м от забоя скважины. На ярусе производилось 25 и 50 разрядов. В таблице представлены результаты испытания прототипа и предлагаемого устройства.
Из результатов, представленных в таблице, видно, при одной и той же подаваемой энергии и одинаковом количестве поданных импульсов, диаметр скважины, достигнутый с помощью заявляемого решения, был больше, чем для прототипа, на 18-24%. Кроме того, у прототипа вставка в высоковольтном электроде после 50-ти импульсов вышла из строя и требовала замены, а на изоляционной конструкции рамы наблюдались отколы изоляции, тогда как на поверхности рамы заявляемого решения следов деградации не отмечалось.
Таким образом, использование диэлектрической шайбы, надетой на торец высоковольтного электрода, а также изоляционной вставки в его торце, изготовленной из металлокерамического соединения, а также покрытие всей внутренней поверхности рамы изолирующим слоем керамики, позволяет при тех же затратах энергии получить более высокие значения диаметра скважины и плотности грунта вокруг нее, тем самым увеличивая производительность установки и снижая затраты электрической энергии. Особенно актуально использование заявляемого устройства в полевых условиях.