УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН ПОД НАБИВНЫЕ СВАИ
DEVICE FOR FORMATION OF WELLS FOR FILLING PILES

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению фундаментов на набивных сваях при строительстве зданий, мостов и проведении берегоукрепительных работ.
Известно устройство для проходки скважин под набивные сваи, включающее пневмопробойник с расширителем, установленным на его корпусе [1].
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для образования набивных свай, содержащее рабочий орган в виде ступицы с винтовой лопастью и конусным наконечником, жестко соединенным трубчатым валом с выхлопными отверстиями, ориентированными перпендикулярно его оси с винтовым лидером, винтовая лопасть которого имеет такую же навивку и шаг, что и винтовая лопасть ступицы, привод рабочего органа в виде полой вращающейся штанги, верхний конец которой соединен с источником газодинамического импульса, а нижний - с рабочим органом [2].
Недостатком известного устройства является то, что при встрече с препятствием в виде камня или валуна винтовой лидер упирается в него, в результате чего момент на ввинчивание рабочего органа возрастает, что в конечном счете приводит к потере скважины.
Цель изобретения - повышение эффективности действия устройства.
Для достижения поставленной цели полая штанга привода рабочего органа крепится к расширителю через съемный фланец, а вал винтового лидера имеет сквозное отверстие, на выходном конце которого на пружине установлен отбойник, при этом устройство оснащено механизмом разрушения препятствия в виде гидромолота с удлинителем, закрепленного на фланце сменной штанги, внутри которой смонтирован трубопровод для подачи рабочей жидкости гидромолоту.
На рис.1. представлен общий вид устройства для образования скважин под набивные сваи, на рис.2 - вид A рис.1, на рис.3 - общий вид устройства, оснащенного механизмом разрушения препятствия.
Устройство для образования скважин под набивные сваи содержит ступицу 1 с винтовой лопастью 2 и конусным наконечником 3, жестко соединенным трубчатым валом 4 с выхлопными отверстиями 5, ориентированными перпендикулярно его оси с валом 6 винтового лидера, винтовая лопасть 7 которого имеет такую же навивку и шаг, что и винтовая лопасть ступицы (рис.1). Вал винтового лидера имеет сквозное отверстие 8, на выходном конце которого на пружине 9 установлен отбойник 10, а на ступице расширителя закреплено кольцо 11 с внутренним конусом и двумя упорами 12, расположенными на диаметрально противоположных сторонах кольца, в которые входят захваты 13 фланца 14, жестко соединенного с полой штангой 75 (рис.2), на дневной стороне которой смонтирован источник газодинамического импульса 16. Механизм разрушения препятствий (рис.3) выполнен в виде гидромолота 17 с удлинителем 18, закрепленного на фланце 19 сменной штанги 20, внутри которой смонтирован трубопровод 21 для подачи рабочей жидкости гидромолоту.
Для образования скважины (рис.1) отбойник 10 винтового лидера устанавливают в нужную точку и вращают штангу 15. Винтовой лидер, вращаясь вместе со штангой, ввинчивается в грунт, образуя лидерную скважину, и увлекает за собой трубчатый вал 4, а вместе с ним конусный наконечник 3 и ступицу 1 в грунт. При ввинчивании винтовой лопасти 2 ступицы в грунт происходит изоляция лидерной скважины от поверхности грунта, а момент на ввинчивание устройства возрастает. В этот момент срабатывает источник газодинамического импульса 16. Ударная волна микровзрыва заполняет полости штанги, ступицы, трубчатого вала и через отверстия 5 отжимает грунт от трубчатого вала 4, расширяя лидерную скважину до нужного размера. В осевом направлении газодинамическое воздействие на грунт не распространяется, так как торцы расширяемой скважины изолированы с одной стороны винтовой лопастью лидера 7, а с другой - конусным наконечником 3 и винтовой лопастью 2 ступицы, в результате чего осевое давление газа при расширении скважины воспринимается этими элементами, дополнительно нагружая на растяжение трубчатый вал 4. В результате расширения скважины газодинамическим воздействием уменьшается осевое усилие, необходимое на расширение скважины, следовательно, и момент, необходимый на завинчивание рабочего органа. В случае возникновения препятствия перед винтовым лидером в виде камня или валуна, который препятствует осевому перемещению устройства, момент завинчивания рабочего органа достигает максимального значения, проходку скважины прекращают. Реверсируют вращение штанги 15, в результате чего фланец 14 поворачивается относительно ступицы 1, захваты 13 (рис.2) выходят из зацепления с упорами 72 и штангу вместе с фланцем 14 извлекают из скважины. После чего в скважину погружают сменную штангу 20 вместе с закрепленным на ее фланце 19 гидромолотом 17 с удлинителем 18 (рис.3). Удлинитель 18 через конусный наконечник входит в отверстие 8 вала лидера 6 до контакта с отбойником 10. После этого штангу поворачивают, захваты 13 фланца 19 входят в зацепление с упорами 12, фиксируя гидромолот 17 в ступице 1. Трубопровод 21 для подачи рабочей жидкости гидромолоту соединяют с источником давления. Для разрушения препятствия включают привод штанги 20 и гидромолота 17, который через удлинитель 18 воздействует на отбойник 10, разрушая препятствие перед винтовым лидером, а штанга 20, вращая рабочий орган, обеспечивает дальнейшую проходку. Пружина 9 обеспечивает возврат отбойника 10 после удара гидромолота в исходное положение, что позволяет энергию удара гидромолота 17 полностью сконцентрировать на разрушение препятствия. Процесс разрушения препятствия по своему действию аналогичен работе бетонолома. После проходки скважины на участке, предварительно расширенном газодинамическим импульсом, момент на вращение штанги вновь увеличится. Штангу с гидромолотом меняют на штангу с источником газадинамического импульса и ведут проходку скважины в штатном режиме до возможного появления следующего препятствия.
После проходки скважины на проектную глубину реверсируют вращение штанги 15, в результате чего захваты 13 вместе с фланцем 14 поворачиваются на 180° и входят в зацепление с упорами 12 с противоположной стороны (рис.2), обеспечивая вращение устройства в противоположном направлении. Винтовые лопасти лидера 7 и расширителя 2, которые по диаметру больше диаметра скважины, вывинчиваются из нее, оставляя на ее поверхности винтовой след, который увеличит несущую способность набивной сваи, формуемой в такой скважине.
Соединение источника газодинамического импульса с корпусом расширителя увеличивает объем первоначального газодинамического импульса, что позволяет при той же энергии импульса снизить пик давления газов и увеличить время расширения скважины, в результает чего снижается динамика взаимодействия газодинамического импульса с грунтом, повышается эффективность его воздействия на грунт, и, как показали эксперименты, увеличивается объем расширенной скважины, особенно этот эффект проявляется на глинистых грунтах с малой газопроницаемостью.
Применение предлагаемой конструкции позволит значительно увеличить диаметр скважин, получаемый способом уплотнения грунта в стенки скважины, а оснащение рабочего органа гидромолотом с большой энергией удара обеспечит разрушение препятствий значительных размеров и сведет к минимальным потерям скважин в грунтах с включением камней и валунов.
Источники информации
1. Пат. 2186928 Российской Федерации МПК E21B 7/26, E21B 7/30. Устройство для проходки скважины в грунте и способ образования расширения в конце скважины с его помощью / Терсков А.Д., Маслаков П.А., Костылев А.Д., Смоляницкий Б.Н.; заявитель и патентообладатель: Институт горного дела - Научно-исследовательское учреждение СО РАН. - №2001114601/03; заявл. 28.05.2001; опубл. 10.08.2002.
2. Заявка №2009144811/03(063792) МПК E02D 5/56. Устройство для образования буронабивных свай. / Ромакин Н.Е., Землянский А.А.; заявитель Саратовский государственный технический универсистет, заявл. 22.10.10.