УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ СПОСОБОМ ПРОКОЛА
DEVICE FOR FORMATION OF WELLS IN SOIL BY METHOD OF PIERCING

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, предназначенным для бестраншейной прокладки скрытых переходов для прокладки трубопроводов, кабельных линий связи и электропередач, а также образованию скважин под набивные сваи при возведении фундаментов под здания и сооружения.
Известно устройство для образования скважин в грунте способом прокола, содержащее полый рабочий наконечник конической формы, закрепленный на переднем по направлению прокола конце напорной штанги, и подающий механизм.
Недостатком этого устройства является большое напорное усилие, необходимое на образование скважины, что ведет к потере устойчивости штанги, исправлению скважины, ограничению длины прокола и дополнительным затратам на устройство подпорных стенок и конструкцию напорных устройств.
Цель изобретения - снижение напорного усилия, необходимого на образование скважины.
Для достижения поставленной цели в стенке полого рабочего наконечника сделаны отверстия, а на его внешней поверхности установлена упругая непроницаемая оболочка, закрепленная к вершине и основанию рабочего наконечника, при этом внутренняя полость рабочего наконечника герметично соединена с полой напорной штангой, другой конец которой соединен с источником пульсирующей жидкости или газа.
На рис.1 представлен общий вид устройства для образования скважин в грунте способом прокола. Устройство содержит полый рабочий наконечник 1 конической формы, в стенках которого сделаны отверстия 2, на его внешней поверхности установлена упругая непроницаемая оболочка 3, закрепленная к вершине и основанию рабочего наконечника. Рабочий наконечник через фланец 4 с отверстием 5 герметично соединен с полой напорной штангой 6, другой конец которой соединен с источником пульсирующей жидкости или газа 7.
Для образования скважины рабочий наконечник 1 устанавливают в нужную точку и с помощью подающего механизма и напорной штанги 6 погружают в грунт. Одновременно с этим включают в работу источник пульсирующей жидкости или газа 7, который с определенной частотой через полую штангу 6 подает и возвращает внутрь полого рабочего наконечника 1 определенный объем рабочей жидкости или газа, в результате чего избыточное давление жидкости или газа через отверстия 2 в стенках рабочего наконечника 1 воздействует на упругую непроницаемую оболочку 3, закрепленную у вершины и основания конуса. Как только давление жидкости или газа внутри рабочего наконечника превысит напряжения текучести грунта, упругая оболочка вытесняет грунт по всей рабочей поверхности конуса, образуя зазор 5 между корпусом рабочего наконечника и внутренней поверхностью упругой оболочки. После сброса давления внутри корпуса рабочего наконечника упругая оболочка возвращается в исходное положение, а между ней и грунтом остается свободное пространство по объему, равное объему вытесненного грунта. Штанга перемещает рабочий наконечник в направлении прокола скважины, вводя его в соприкосновение с грунтом, и цикл повторяется.
Величина свободного перемещения рабочего наконечника за один цикл пульсации упругой оболочки составит
<mrow><mi>s</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>δ</mi><mrow><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>α</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
где δ - зазор между внешней поверхностью упругой оболочки и поверхностью конической скважины, равный деформации упругой оболочки под действием сжатой жидкости или газа; α - половина угла при вершине конуса рабочего наконечника.
Так как tgα<tgρ, где ρ - угол трения между грунтом и оболочкой, то при расширении грунта конусный наконечник самозаклинивается и не передает осевую реакцию на штангу, а напорное усилие штанги необходимо только на преодоление сил трения устройства о стенки скважины при перемещении его в направлении проходки в момент сброса давления в рабочем наконечнике.
При образовании скважин в грунтах с нежестким скелетом (глина, суглинок, водонасыщенные грунты) наибольший эффект дает жидкостный пульсатор с малой частотой и большим ходом оболочки. На грунтах с жестким скелетом (песчано-гравийные, супеси) эффективнее применять воздушный пульсатор с малым ходом оболочки и высокой частотой пульсации. Такой режим подобен вибрационному воздействию оболочки на грунт, в результате чего происходит значительное снижение сил трения и сцепления между частицами грунта в зоне уплотнения, что ведет к значительному снижению напряжений текучести грунта, а следовательно, требует меньшего давления импульса.
Применение предлагаемой конструкции устройства для образования скважин в грунте в виде полого рабочего наконечника конической формы, в стенках которого сделаны отверстия, а на его внешней поверхности установлена упругая непроницаемая оболочка, закрепленная к вершине и основанию рабочего наконечника, при этом внутренняя лопасть рабочего наконечника герметично соединена с полой напорной штангой, другой конец которой соединен с источником пульсирующей жидкости или газа, позволит значительно снизить величину напорного усилия, необходимого для образования скважины, т.к. в отличие от прототипа скважина образуется за счет сжатия грунта пульсирующей упругой непроницаемой оболочкой, установленной на внешней поверхности конического рабочего наконечника, а напорное усилие штанги необходимо только на преодоление сил трения устройств о стенки скважины при перемещении его в направлении прокола в момент сброса давления в рабочем наконечнике стенки скважины. Снижение напорного усилия в свою очередь позволит увеличить длину и точность прокола скважины, снизить затраты на устройство подпорных стенок и конструкцию напорных устройств.
Источники информации
1. С.Г.Васильев. Закрытая прокладка коммуникаций. - Львов: Выща школа. 1974. - С.8.