ВИБРАТОРНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛОНН МАТЕРИАЛА В ПОЧВЕ
VIBRATING SYSTEM AND METHOD OF MATERIAL COLUMN IN SOIL

Изобретение относится к вибраторной системе и способу изготовления колонн материала, которые устанавливаются в почве для улучшения свойств почвы строительного грунта.
Уже давно известны два основополагающих способа изготовления колонн материала в почве. В способе «мокрого набивного уплотнения» после выполнения имеющего форму колонны отверстия в отверстие подают промывочную воду. За счет быстрого перемещения вверх и вниз вибратора возникает в комбинации с промывкой водой поток, который так размывает материал почвы, что возникает кольцевое пространство между глубинным вибратором и примыкающей зоной почвы, за счет чего обеспечивается возможность транспортировки гравия, бетона вторичной переработки, песка или подобного зерновидного сыпучего материала вдоль глубинного вибратора в отверстие. Наряду с размывающим действием вода имеет еще другие важные функции, а именно стабилизации стенки отверстия против вызываемого давлением грунтовых вод разрушения стенки и предотвращения заклинивания гравия между стенкой отверстия и глубинным вибратором. Проходящий вверх поток воды разрушает эти образованные за счет заклинивания «мосты» и обеспечивает транспортировку гравия в глубину вплоть до нижнего конца вибратора, где он уплотняется в так называемую набивную колонну. Проблемой этого способа является, прежде всего, устранение очень заиленной промывочной воды, что связано, среди прочего, с большими затратами, а также вымывание возможно имеющихся загрязнений из почвы на поверхность.
Во втором способе, способе «сухого набивного уплотнения», сбоку вдоль вибратора закрепляют трубу подачи материала, по которой транспортируется материал к нижнему концу глубинного вибратора. Недостатком по сравнению с мокрым набивным уплотнением являются небольшая производительность подачи (объема в единицу времени) гравия и высокая стоимость более сложного оборудования.
В обоих способах транспортировка материала осуществляется к нижнему концу вибратора лишь за счет действующей на материал силы тяжести. Без промывочной воды или без подающей трубы транспортировка гравия в слои почвы ниже уровня грунтовых вод невозможна. Для ускорения транспортировки или при остановке транспортировки материала остается единственным выходом лишь увеличение кольцевого пространства, что, однако, в большинстве случаев является нежелательным, поскольку это приводит к ненужному вымыванию почвы и повышенному расходу промывочной воды.
Из DE 103 14 368 А1 известен соединенный с глубинным вибратором цилиндрический копер, который для стабилизации комплекта вибратора снабжен крыльями, которые расположены на образующей поверхности тела вибратора.
В FR 1,277,369 А приведено описание вибратора с двумя лежащими коаксиально друг в друге трубами. Нижний конец внутренней трубы выступает вниз за суженный конец наружной трубы и для образования головки вибратора снова проходит вверх за нижний конец наружной трубы, так что он перекрывает нижний конец наружной трубы в зоне сужения.
В GB 2 286 613 А показана обсадная труба для предварительного формирования отверстия в почве. В определенном вертикальном положении обсадная труба имеет диаметр 600 мм и сужается как вверх, так и вниз. Нижний конец обсадной трубы заканчивается конической, направленной вниз вершиной, которая не выступает по сторонам за обсадную трубу.
В GB 650 083 А показана вспомогательная свая с сужающимся вниз, заканчивающимся острием концом. Непосредственно над сужением вспомогательная свая окружена кольцом.
Задачей данного изобретения является создание устройства и способа для создания набивных колонн, в котором по сравнению с уровнем техники не имеется или имеется лишь небольшая потребность в промывочной воде, а также нет необходимости в подающей трубе.
Эта задача решена с помощью вибраторной системы по пункту 1 формулы изобретения и способа по пункту 9 формулы изобретения. Варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Вибраторная система согласно одному примеру выполнения изобретения содержит удлиненное тело вибратора с имеющей периметр образующей поверхностью. На этой окружности расположен выступ, который проходит в боковом направлении от тела вибратора и, по меньшей мере, на некоторых участках вокруг этого периметра.
При использовании такой вибраторной системы для изготовления колонн материала в почве, после выполнения отверстия, после опускания вибраторной системы в отверстие и после внесения материала транспортировка материала к нижнему концу тела вибратора осуществляется не только за счет силы тяжести. Эта транспортировка материала дополнительно поддерживается при перемещении вверх и вниз вибраторной системы за счет выступа, который действует в качестве механического транспортировочного устройства аналогично лопате. Этот проходящий, по меньшей мере, в некоторых участках вокруг периметра и выступающий в боковом направлении выступ вдавливает при движении вниз тела вибратора находящийся в кольцевом пространстве под выступом материал дальше в глубину в направлении нижнего конца тела вибратора, где материал уплотняется в набивную колонну.
При последующем движении вверх материал вследствие конической формы выступа, однако, не транспортируется снова вверх, а выдавливается по сторонам в почву, чтобы при следующем движении вниз быть снова захваченным выступом и транспортироваться в глубину создаваемой колонны.
Выступ предпочтительно выполнен так, что он под острым углом, в указывающем к нижнему концу тела вибратора направлении становится шире. При этом геометрическая форма этого выступа может соответствовать геометрической форме усеченного конуса или усеченной пирамиды. Кроме того, выступ может иметь несколько расположенных в окружном направлении сегментов.
В одном варианте выполнения изобретения вдоль продольного направления тела вибратора может быть также расположено несколько выступов.
В другом варианте выполнения выступы являются подвижными в продольном направлении тела вибратора.
Кроме того, выступ или отдельные сегменты выступа могут быть выполнены с возможностью складывания в направлении образующей поверхности тела вибратора или с возможностью утапливания в тело вибратора.
Вибраторная система может быть выполнена, в частности, в виде глубинного вибратора с расположенным в теле вибратора эксцентриком или же в виде насадочного вибратора с расположенным на верхнем конце тела вибратора эксцентриком.
За счет обеспечиваемой выступом механической поддержки транспортировки материала поток материала увеличивается в единицу времени больше чем на 50%, а необходимое количество промывочной воды сокращается, по меньшей мере, вдвое. При этом вместо воды можно применять также воздух или другой вдуваемый для «промывки» в кольцевое пространство газ. В некоторых почвах можно даже совсем отказаться от воды или газообразной промывочной среды.
Ниже приводится подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - пример выполнения вибраторной системы согласно изобретению с телом вибратора и выступом;
фиг.2 - другой пример выполнения вибраторной системы согласно изобретению с телом вибратора, в котором выступ расположен на нижнем конце тела вибратора;
фиг.3А-С - различные варианты выполнения выступов.
На фигурах, если не указано иначе, одинаковыми позициями обозначены одинаковые части с одинаковым значением.
На фиг.1 показан на виде сбоку один вариант выполнения вибраторной системы 1 согласно изобретению. Она содержит удлиненное тело 2 вибратора, которое имеет образующую поверхность 22 с периметром, а также нижний конец 21 и неизображенный верхний конец. Вдоль окружности образующей поверхности 22 расположен выступ 3, который отстоит в боковом, соответственно в радиальном направлении от тела 2 вибратора. Этот выступ 3 расширяется в направлении нижнего конца 21, т.е. выступ выступает все больше в направлении нижнего конца от образующей поверхности 22 тела 2 вибратора.
Как показано на фиг.1, выступ может проходить кольцеобразно вокруг периметра тела 2 вибратора. Тело 2 вибратора может быть выполнено, в частности, цилиндрическим и тем самым иметь круглое поперечное сечение. Однако тело 2 вибратора может иметь также любое другое поперечное сечение, в частности прямоугольное поперечное сечение.
Выступ 3 имеет, например, геометрическую форму пронизанного телом вибратора усеченного конуса или усеченной пирамиды.
В показанном примере обращенная в направлении нижнего конца тела вибратора нижняя сторона 32 выступа проходит примерно под прямым углом от тела 2 вибратора, в то время как верхняя сторона 31 выступа сужается с увеличением расстояния от нижнего конца 21 тела вибратора, так что выступ 3 в этом примере имеет форму пронизанного телом вибратора усеченного конуса.
Выступ 3 может быть расположен в любом продольном положении вдоль тела 2 вибратора. В показанном на фиг.1 примере этот выступ расположен на расстоянии от нижнего конца 21 тела 2 вибратора.
Показанный на фиг.2 пример выполнения отличается от показанного на фиг.1 примера выполнения тем, что выступ 3 расположен на нижнем конце 21 тела вибратора.
Вибраторная система может быть реализована в виде глубинного вибратора или в виде насадочного вибратора. В глубинном вибраторе в теле 2 вибратора расположен создающий вибрационные движения эксцентрик (не изображен). В насадочном вибраторе эксцентрик (не изображен) расположен над верхним концом тела 2 вибратора.
Ниже приводится пояснение примеров выполнения выступа на основе фиг.3.
В показанном на фиг.3А примере верхняя сторона 31 выступа 3 проходит конически под острым углом к продольному направлению удлиненного тела 2 вибратора, а нижняя сторона 32 - примерно под прямым углом относительно продольного направления. При этом выступ 3 выполнен в виде сплошного тела.
На фиг.3В показан вариант выполнения сегментированного выступа 3 с несколькими расположенными рядом друг с другом в окружном направлении сегментами 40, 41, 42, 43. Этот вариант выполнения обеспечивает возможность складывания выступа 3 к телу 2 вибратора или же утапливания выступа 3 в тело 2 вибратора.
Показанный на фиг.3С вариант выполнения выступа 3 отличается от показанного на фиг.3А варианта выполнения тем, что нижняя сторона 32 выступа также имеет коническое, сужающееся прохождение, за счет чего можно улучшить упомянутый эффект лопаты выступа 3.
При способе согласно изобретению изготовления колонны материала в почве 5 сначала выполняют имеющее форму колонны отверстие. Такое отверстие обычно имеет диаметр примерно 50-100 см. Применяемое тело 2 вибратора согласно изобретению обычно имеет наружный диаметр примерно 30-50 см.
После опускания вибратора 1 на заданную глубину вводят гравий, бетон повторного применения, песок или подобный зернистый материал в кольцевое пространство 4 между образующей поверхностью 22 тела 2 вибратора и окружающей почвой, а также при необходимости, промывочную воду или иную газообразную «промывочную среду», в частности воздух. Затем глубинный вибратор 1 регулярно перемещают вверх и вниз так, что находящийся под телом 2 вибратора материал сжимается в набивную колонну.
При этом при движении вниз тела вибратора находящийся в кольцевом пространстве 4 материал захватывается выступом 3 и транспортируется в направлении нижнего конца тела 2 вибратора. При этом разрушаются возможно имеющиеся заклинивания материала в кольцевом пространстве 4 между телом 2 вибратора и почвой 5. При движении вверх наклонное выполнение верхней стороны 31 выступа обеспечивает вытеснение материала в боковом направлении, а не транспортировку его снова вверх. При складываемом или утапливаемом выступе его можно складывать/утапливать при движении вверх.
Кроме того, существует также возможность подвижного расположения выступа в продольном направлении на теле вибратора для обеспечения транспортировки материала, соответственно уплотнения материала лишь за счет перемещения вверх и вниз выступа 3.
Перечень позиций:
1 - Глубинный вибратор
2 - Тело вибратора
21 - Нижний конец тела вибратора
22 - Верхний конец тела вибратора
3 - Выступ
31 - Верхняя сторона выступа
32 - Нижняя сторона выступа
4 - Кольцевое пространство
40 - Сегмент выступа
41 - Сегмент выступа
42 - Сегмент выступа
43 - Сегмент выступа
5 - Почва.