РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИНЫ
WELL REAMER

Изобретение относится к области строительства, в частности, к устройствам для увеличения размеров скважины, а также для уплотнения грунта внутри полости, и может быть использовано при устройстве буронабивных свай преимущественно в слабых грунтах.
Известен раскатчик для выполнения раскатных скважин без выемки грунта и изготовления набивных свай, включающий вал с хвостовиком и соосно расположенным с ним наконечником, между которыми расположены последовательно развернутые вокруг продольной оси вала эксцентриковые рабочие элементы в виде двух цилиндров и усеченных конусов, продольные оси симметрии которых смещены параллельно продольной оси вала, усеченные конусы выполнены с равномерно увеличивающимся диаметром в направлении от наконечника к цилиндрам и от хвостовика к цилиндрам. Цилиндры и усеченные конусы выполнены совместно с валом, причем их продольные оси симметрии смещены параллельно продольной оси вращения вала на величину, равную 0,1 диаметра цилиндра, и последовательно повернуты относительно друг друга на 90° (Патент РФ №2465409 С1, дата приоритета 16.05.2011, дата публикации 27.10.2012, авторы: Логинов С.В., Преснов О.М. и др., RU).
Недостатком известного аналога является высокая вероятность попадания грунта в бетонную смесь, а также вероятность неравномерного раскатывания в забое скважины.
Известен расширитель скважины, принятый в качестве прототипа, содержащий два коаксиально расположенных вала с размещенными на них скользящей и фиксированной на внутреннем валу муфтами, к которым шарнирно прикреплен пантографный механизм, снабженный элементами, формирующими уширение скважины, и стабилизаторы осевого положения. Оба коаксиально расположенных вала выполнены с возможностью взаимной фиксации и соединения с бурильным валом буровой установки. Пантографный механизм содержит породосжимающие элементы, установленные с возможностью формирования уширения скважины уплотнением грунта посредством вдавливания породосжимающих элементов при продольном перемещении от гидропривода наружного вала. Породосжимающие элементы выполнены в виде диаметрально расположенных шаровых сегментов с опорными консолями, прикрепленными к пантографному механизму с помощью болтовых соединений, а валы уширителя установлены с возможностью последовательного поворота на угол не более 45° по часовой стрелке с помощью бурильного вала буровой установки (Патент РФ №2655380 С1, дата приоритета 06.07.2017, дата публикации 24.05.2018, авторы: Преснов О.М. и Каширцев М.С., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая производительность из-за последовательного формирования уширения и необходимости поворота шаровых сегментов.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание эффективного расширителя скважины под буронабивные сваи путем уплотнения грунта для повышения несущей способности буронабивной сваи.
Для решения технической проблемы предложен расширитель скважины, включающий пантографный механизм, содержащий шарнирно соединенные с ним породосжимающие элементы, установленные с возможностью расширения скважины уплотнением грунта посредством вдавливания породосжимающих элементов при продольном перемещении подвижных элементов пантографа от гидропривода буровой установки. Новым является то, что породосжимающие элементы выполнены с возможностью расширения скважины по всему ее периметру при продольном перемещении подвижных элементов пантографного механизма. При этом породосжимающие элементы выполнены в виде коаксиально расположенных внешних и внутренних трубчатых сегментов, причем в исходном положении концы внешних трубчатых сегментов, охватывающих внутренние трубчатые сегменты, состыкованы над средней частью внутренних сегментов, а в раскрытом положении концы внешних и внутренних трубчатых сегментов состыкованы внахлест с возможностью образования рельефной оболочки. Пантографный механизм выполнен двухъярусным и установлен на цилиндрической трубе, содержащей неподвижные части в виде выступов, под которыми в обоих ярусах расположены подвижные элементы пантографа, выполненные в виде подвижных муфт, жестко соединенных между собой с помощью стержней по периметру подвижных муфт, верхняя из которых, в свою очередь, связана с гидроприводом. Выступы трубы и подвижные муфты двухъярусного пантографного механизма шарнирно соединены с породосжимающими элементами с помощью V-образно расположенных в каждом ярусе стержней, соединенных соответственно с выступом трубы и с подвижной муфтой. Кроме того, на конце цилиндрической трубы установлен грунтосборник.
В частности, согласно изобретению, грунтосборник выполнен с полостью под грунт в виде шарового сегмента, предназначенного для уплотнения грунта в забое, причем, грунтосборник соединен с цилиндрической трубой с помощью болтового соединения.
На фиг. 1 - схематично изображен расширитель скважины, продольный разрез, исходное состояние; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 изображен расширитель скважины, продольный разрез, рабочее положение в раскрытом состоянии пантографного механизма; на фиг. 4 - то же, вид сверху.
Заявляемый расширитель скважины выполнен пантографного типа и содержит шарнирно соединенные с пантографным механизмом породосжимающие элементы, установленные с возможностью расширения скважины уплотнением грунта посредством вдавливания породосжимающих элементов в стенки скважины при продольном перемещении подвижных элементов пантографа от гидропривода буровой установки (условно не показано). При этом породосжимающие элементы выполнены в виде коаксиально расположенных внешних 1 и внутренних 2 трубчатых сегментов. В исходном положении концы внешних трубчатых сегментов 1, охватывающих внутренние трубчатые сегменты 2, состыкованы над средней частью внутренних сегментов (фиг. 1, фиг. 2). В раскрытом положении пантографного механизма концы внешних 1 и внутренних 2 трубчатых сегментов состыкованы внахлест с возможностью образования рельефной оболочки (фиг. 3, фиг. 4). Пантографный механизм, предназначенный для вдавливания породосжимающих элементов 1 и 2 в стенки скважины, выполнен двухъярусным и установлен на цилиндрической трубе 3, на которой выполнены неподвижные выступы 4. Под выступами 4 на цилиндрической трубе 3 в обоих ярусах расположены подвижные элементы пантографа, выполненные в виде подвижных муфт 5, которые жестко соединены между собой с помощью стержней 6 по периметру подвижных муфт 5, верхняя из которых, в свою очередь, связана с гидроприводом (условно не показано). Выступы 4 цилиндрической трубы 3 и подвижные муфты 5 двухъярусного пантографного механизма шарнирно соединены с породосжимающими элементами с помощью V-образно расположенных в каждом ярусе стержней 7, соединенных соответственно с выступом 4 трубы 3 и с подвижной муфтой 5. Кроме того, на конце цилиндрической трубы 3 установлен грунтосборник 8, выполненный с полостью под грунт в виде шарового сегмента, предназначенного для уплотнения грунта в забое, причем, грунтосборник 8 соединен с цилиндрической трубой 3 с помощью болтового соединения 9.
Заявленный расширитель скважины работает следующим образом. В пробуренную скважину на необходимую глубину опускают собранный расширитель скважины в исходном состоянии, как показано на фиг. 1. Стержни 6, жестко прикрепленные к верхней подвижной муфте 5, присоединяют к гидроприводу буровой установки. При передаче усилий от гидропривода буровой установки стержни 6 начинают подниматься вверх, и происходит перемещение подвижных муфт 5 по цилиндрической трубе 3. В результате этого приводится в движение пантографный механизм, к которому прикреплены породосжимающие элементы, представляющие собой коаксиально расположенные внешние 1 и внутренние 2 трубчатые сегменты, цилиндрические поверхности которых начинают уплотнять грунт, вдавливаясь в него и постепенно создавая расширение скважины до образования рельефной оболочки, как показано на фиг. 4. После получения максимальных размеров скважины пантографный механизм приводят в начальное положение. После завершения всех этапов создания расширения также возможно уплотнение дна скважины в забое путем трамбования грунтосборником 8.
Технический результат, получаемый при использовании заявленного расширителя скважины, заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для расширения скважин под сваи, в повышении несущей способности уплотненного грунта в зоне расширения и самой сваи, а также в повышении производительности в связи с исключением операций, связанных с необходимостью четырехкратного поворота породосжимающих элементов, и операций по очистке дна скважины от грунта.