УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ
DEVICE TO FORM BORE PILES

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению фундаментов глубокого заложения при строительстве высотных зданий, мостов и берегоукрепительных работ.
В настоящее время в устройстве фундаментов глубокого заложения широко используются буронабивные сваи. Недостатком устройств для образования буронабивных свай является извлечение грунта из скважины под сваю, что значительно снижает несущую способность и увеличивает глубину заложения сваи, а следовательно, и стоимость производства работ.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является винтовая свая, содержащая ствол с закрепленным на переднем по направлению ввинчивания конце рабочим органом в виде ступицы с конусным наконечником оснащенных винтовой лопастью и жестко соединенных трубчатым валом с выхлопными отверстиями с винтовым анкером, винтовая лопасть которого имеет ту же навивку и шаг, что и винтовая лопасть ступицы, источник газодинамического импульса, соединенный трубчатым валом, и привод рабочего органа [1].
Недостатком этого устройства является высокие требования к точности изготовления наружной поверхности сваи и значительный момент завинчивания сваи от трения грунта о ее поверхность, в результате чего ограничена глубина заложения и, как следствие, этого недостаточная несущая способность.
Цель изобретения - повышение несущей способности буронабивных свай.
Для достижения поставленной цели в конце винтовой лопасти на ступице под углом, равным углу подъема винтовой лопасти, вершиной к ней закреплен сегмент конуса, а привод рабочего органа выполнен в виде полой вращающейся штанги, на которой подвижно установлен стакан с закрепленным на нем вибратором, при этом нижний конец штанги соединен с трубчатым валом рабочего органа, а верхний конец штанги при завинчивании рабочего органа соединен с источником газодинамического импульса, а после завинчивания с насосом для подачи грунтоукрепляющей смеси или бетона.
На фиг.1 представлен общий вид устройства, в момент образования скважины под сваю, на фиг.2 - в момент подачи грунтоукрепляющей смеси под лопасти ступицы с наконечником, на фиг.3 - в момент заполнения скважины бетоном.
Устройство для образования буронабивных свай (фиг.1) содержит рабочий орган для образования скважины под сваю в виде ступицы с конусным наконечником 1, оснащенных винтовой лопастью 2, соединенных трубчатым валом 3, с выхлопными отверстиями 4, с винтовым анкером 5, винтовая лопасть которого имеет ту же навивку и шаг, что и винтовая лопасть ступицы. В конце винтовой лопасти на ступице под углом, равным углу подъема винтовой лопасти, вершиной к ней закреплен сегмент конуса 6, а ступица с трубчатым валом соединительным устройством 7 крепится к нижнему концу полой штанги 8, на которой подвижно установлен стакан в виде отрезка трубы 9, нижний открытый конец которой опирается на ступицу, а верхний имеет жестко закрепленную на трубе крышку 10, через отверстия в которой свободно проходит штанга и прижимает стакан к ступице упором 11. На крышке стакана установлен вибратор 12. Защитный кожух 13 предохраняет вибратор от попадания грунта. При завинчивании рабочего органа верхний конец штанги соединен с источником газодинамического импульса 14.
После образования скважины под сваю верхний конец штанги трубопроводом 15 соединяется с насосом 16 для подачи грунтоукрепляющей смеси под винтовую лопасть ступицы (фиг.2) или бетона для заполнения скважины (фиг.3).
Для образования скважины под буронабивную сваю (фиг.1) конец винтового анкера 5 устанавливают в нужную точку и вращают штангу 8. Анкер 5, вращаясь вместе с штангой, ввинчивается в грунт, образуя лидерную скважину и увлекая за собой трубчатый вал 3, а вместе с ним конусный наконечник со ступицей. При ввинчивании лопасти 2 в грунт происходит изоляция лидерной скважины от поверхности грунта, а момент завинчивания рабочего органа возрастает. В этот момент срабатывает источник газодинамического импульса 14, в результате чего газовоздушная смесь через полую штангу 8 и выхлопные отверстия 4 в трубчатом валу 3 заполняет лидерную скважину и взрывается. Ударная волна микровзрыва отжимает грунт от вала 3, который является эпицентром взрыва, расширяя скважину до нужного размера. В осевом направлении газодинамическое воздействие на грунт не распространяется, так как торцы расширенной скважины изолированы с одной стороны лопастью анкера 5, а с другой стороны ступицей 1 с конусным наконечником и закрепленной на них винтовой лопастью 2, в результате чего осевое давление газа при расширении лидерной скважины воспринимается этими элементами, дополнительно нагружая на растяжение трубчатый вал 3. В результате расширения скважины газодинамическим воздействием значительно снижается лобовое усилие на перемещение рабочего органа. Оно сводится только к формированию формы скважины после взрыва. При этом при вращении ступицы 1 сегмент конуса 6, закрепленный в конце винтовой лопасти 2, образует на стенке скважины полукруглую резьбу 17 с шагом, равным шагу винтовой лопасти, и глубиной, равной высоте сегмента в основании. В том случае, если величина момента на штанге превышает допустимое значение, происходит повторный газодинамический импульс. Длина ступицы 1 относительно мала, что позволяет значительно снизить силу трения его о стенки образуемой скважины. Наличие самоввинчивающегося винтового анкера 6 обеспечивает самодвижение устройства, в результате чего отпадает необходимость в напорном устройстве при ввинчивании рабочего органа на любом этапе производства работ. Низкий момент завинчивания и отсутствия пригруза позволяет для привода рабочего органа применять полые буровые штанги, что не ограничивает глубину заложения и значительно упрощает конструкцию.
После завинчивания рабочего органа на расчетную глубину с верхнего конца штанги 8 демонтируют источник газодинамического импульса 14, а конец штанги гибким трубопроводом 15 соединяют с насосом 16, который по штанге 8 подает грунтоукрепляющую смесь в трубчатый вал 3, которая под давлением выходит через отверстия 4 насыщая грунт под винтовой лопастью 2 ступицы 1 (фиг.2). Для подачи бетона в скважину штангу 8 поворачивают в сторону, противоположную завинчиванию рабочего органа при проходке скважины, соединительное устройство 7 отсоединяет штангу от ступицы 1 и трубчатого вала 3, штангу 8 поднимают на высоту стакана, в результате чего труба 9 с вибраторами 12 и защитным кожухом 13 повисает крышкой 10 на соединительном устройстве 7, находящимся на конце штанги, включаются вибраторы 12 и бетононасос 16, который через шланг 15 нагнетает бетон через нижний свободный конец штанги 8 в трубу 9, которая по мере заполнения бетоном поднимается вверх (фиг.3). Одновременно с всплытием стакана вверх поднимается и штанга 8. Работа вибратора 12 обеспечивает необходимое уплотнение бетона в скважине. После заполнения скважины бетоном штангу 8 с трубой 9 и вибратором 12 убирают из скважины, а в скважину погружают известным способом арматуру.
Применение предлагаемого устройства наиболее эффективно в уплотняющихся с низкой несущей способностью грунтах. Повышение несущей способности буронабивной сваи в предлагаемом устройстве обеспечивается: за счет большой площади опоры винтовой лопасти ступицы и анкера, расположенных на разных глубинах заложения; упрочнения грунта под лопастью ступицы грунтоукрепляющим раствором; уплотнения стенок скважины при завинчивании рабочего органа; резьбовой поверхности стенок скважины. В результате этого ствол сваи удерживает не только сила трения между гладкими стенками сваи и грунтом, но и резьба в стенках скважины, которая заполняется бетоном при формировании сваи, в результате чего осадка сваи возможна только за счет деформации сдвига или смятия грунта по резьбе, что, в свою очередь, увеличивает боковое давление грунта на поверхность сваи в межвинтовом пространстве, а следовательно, и силу трения поверхности ствола сваи о грунт.
Технология создания буронабивных свай практически не отличается от существующих с выемкой грунта. Для ввинчивания башмака можно применять существующие машины.
Источники информации
1. Патент РФ №2341620 С1, 20.12.2008, Бюл. №35.