УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ БУРОИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ

Полезная модель относится к строительству, а именно к устройству и реконструкции фундаментов зданий и сооружений, в частности к устройствам для выполнения буроинъекционных свай.
Буроинъекционные сваи выполняются чаще всего для усиления существующих фундаментов. При усилении существующих фундаментов от бурения скважин разуплотняется грунт под фундаментами и они дают осадку. Буроинъекционные сваи выполняют с опрессовкой грунта избыточным давлением. При этом, чем выше давление опрессовки, тем выше качество буроинъекционной сваи и меньше деформации существующих фундаментов от бурения под ними скважин. /1/
Известны устройства для выполнения буроинъекционных свай в виде бурового става, состоящего из полых герметичных шнеков, породоразрушающего наконечника и вертлюга для подачи жидкости и бетонной смеси в скважину, с возможностью бурения скважины, последующей опрессовки окружающего скважину грунта бетонным раствором путем подачи его под давлением через полость шнеков и постепенным извлечением шнеков с одновременной опрессовкой. /2/
Недостатком этого устройства является невозможность повышения давления опрессовки в скважине выше, чем гидростатическое давление бетонной смеси. Это происходит из-за наличия щелей между стенкой скважины и подающейся наверх выбуренной породой по реборде шнека.
Известно устройство для выполнения буроинъекционных свай, состоящее из полых герметичных шнеков, в котором при бурении искусственно создается грунтовая пробка, за счет параметров реборд шнеков, которая разделяет нижнюю часть скважины, подлежащую опрессовке, и верхнюю ее часть. /3/
При использовании такого устройства удается поднять давление опрессовки не выше величины 0,3-0,4 Мпа и только на короткое время, а затем все равно происходит пробой пробки и выход раствора, что сопровождается падением его давления.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство в виде бурового става, состоящего из многосекционной двухполостной коаксиальной штанги для подачи глинистого раствора и бетонной смеси в скважину, закрепленного на нижней секции штанги породоразрушающего инструмента, и вертлюга закрепленного на верхней секции штанги для возможности подачи в центральную полость штанги глинистого раствора, а в наружную полость штанги бетонной смеси, с возможностью поэтапной опрессовки стенок скважины снизу-вверх. /4/
Бурение скважины вращательным способом с промывкой буровым глинистым раствором с последующим замещением бурового раствора бетонным раствором выполняется с помощью буровых штанг и буровой коронки, диаметром последней равной диаметру буроинъекционной сваи.
Недостатком этого метода и устройства для его осуществления является невозможность поэтапной опрессовки отдельных участков скважины, так как давление при опрессовке может создаваться только в верхней части скважины после окончания бурения, вытеснения бурового раствора и извлечения бурового инструмента. В этом случае давление создается через установленный в верхней части скважины перед бурением кондуктор, в который помещается обтюратор, через который подается раствор под давлением в скважину. При этом бетонный раствор воздействует своим давлением на всю скважину целиком. В этом случае при наличии неплотностей или слабых прослоек в грунте в пределах глубины скважины весь раствор под давлением устремляется на слабые ее участки, а остальные участки скважины остаются неуплотненными. В результате этого на остальной части скважины и грунт под фундаментами будут претерпевать деформации. Однако при наличии слабых прослоек в грунте или неплотностей, опрессовка ствола скважины будет неравномерной по ее глубине, а в случае повышения давления для достижения равномерной опрессовки расход раствора будет сильно повышенным по сравнению с поэтапной опрессовкой, описанной выше.
Техническая задача заключается в упрощении возведения буроинъекционных свай, сокращение материальных и трудовых затрат при устройстве буроинъекционной сваи за счет совмещения операций бурения скважины, опускания пакера в скважину и поэтапной опрессовки.
Поставленная задача решается таким образом, что в устройстве для выполнения буроинъекционной сваи, включающем буровой став, состоящий из многосекционной двухполостной коаксиальной штанги для подачи глинистого раствора и бетонной смеси в скважину, закрепленного на нижней секции штанги породоразрушающего инструмента, и на верхней секции штанги вертлюга для подачи в центральную полость штанги бурового раствора и бетонной смеси, с возможностью поэтапной опрессовки снизу-вверх грунта стенок скважины, согласно полезной модели, на второй секции штанги снизу, выше породоразрушающего инструмента смонтирован разжимной эластичный пакер, полость которого соединена с наружной полостью штанги с возможностью подачи в нее гидравлической жидкости и создания внутри пакера давления превышающего на 15-20% давление опрессовки.
Предлагаемое устройство отличается от известного тем что на второй секции штанги снизу, выше породоразрушающего инструмента смонтирован разжимной эластичный пакер, полость которого соединена с наружной полостью штанги с возможностью подачи в нее гидравлической жидкости и создания внутри пакера давления превышающего на 15-20% давление опрессовки.
Такая конструкция позволяет вести опрессовку поэтапно с помощью пакера, установленного на буровую штангу, который позволяет разделять скважину на две изолированные зоны и без потерь с увеличением давления произвести опрессовку грунта стенок скважины. Это дает сокращение материальных и трудовых затрат при опрессовке скважины, т.к. совмещается процесс бурения и опускания пакера в скважину.
На Фиг. 1 представлено устройство для выполнения буроинъекционной сваи; фиг. 2 - узел А в разрезе.
Устройство состоит из коаксиальной двух полостной штанги 1, состоящей из соединенных между собой по длине скважины секций. На нижней секции закреплены породоразрушающий инструмент 2, выполненный в виде конусного наконечника и заглушка 3 наружной полости. На верхней секции установлен вертлюг 4, через который подают глинистый раствор при бурении скважины в наружную полость штанги 1, и бетонная смесь при опрессовке. На второй снизу секции коаксиальной штанги 1 смонтирован разжимной эластичный пакер 5, полость которого соединена с наружной полостью коаксиальной буровой штанги 1 путем перфорации 6. Гидравлическая жидкость подается через вертлюг 4 в наружную полость штанги для разжима эластичного пакера 5.
Коаксиальные буровые штанги 1 имеют две изолированные полости -внутреннюю и наружную Во внутреннюю полость коаксиальных штанг 2 через проходные вертлюги 4 подают буровой глинистый раствор при бурении и бетонный раствор при бетонировании сваи, а в наружную полость подают жидкость для разжима эластичного пакера 3, способного расширяться и создавать давление на 15-20% давления опрессовки.
Устройство работает следующим образом.
С помощью бурового става, состоящего из коаксиальных буровых штанг 1 имеющего породоразрушающий инструмент в нижней части 2 и установленный на вторую за головной буровую штангу разжимной эластичный пакер 5, производят бурение с промывкой глинистым раствором через вертлюг 4 и породоразрушающий инструмент 2 скважины для буроинъекционной сваи до заданной глубины. Затем через внутреннюю полость коаксиальных буровых штанг 1 производят замещение бурового глинистого раствора мелкозернистым бетоном через неподвижный буровой став с породоразрушающим инструментом 2, находящимся в нижней части скважины. После полного замещения раствора бетоном, что подтверждается выходом чистого бетонного раствора на поверхность, производят поинтервальную опрессовку стенок скважины по высоте восходящим методом, т.е. снизу-вверх. Длина интервала скважины, подлежащая опрессовке определяется длиной секций штанги 1. Для этого в наружную полость коаксиальной штанги подают жидкость для разжима эластичного пакера 5 под давлением, превышающим предполагаемое давление опрессовки на 15-20%. При этом эластичный разжимной пакер увеличивается в объеме и, распираясь в стенки скважины, разделяет скважину на две полости, нижняя из которых превращается при этом в герметичную. Затем, удерживая давление гидравлической жидкости в разжимном пакере 5, через внутреннюю полость коаксиальной штанги 1 подают бетонный раствор через породоразрушающий инструмент 2 в нижнюю герметичную полость скважины, выдерживая давление опрессовки- обычно 3-5 минут. В случае выхода бетонного раствора на поверхность повышают давление в пакере до прекращения выхода раствора. После опрессовки нижней части скважины в интервале глубины от ее забоя до уровня установки пакера, давление в пакере сбрасывают до нуля, при этом пакер 5 уменьшается в объеме и буровой став без вращения поднимают, отсоединяют верхнюю секцию бурового става и описанную операцию опрессовки повторяют, и так до заданной в проекте глубины опрессовки. После заполнения бетоном и опрессовки скважины в нее производят установку арматурного каркаса, на чем устройство буроинъекционной сваи завершается.
Источники информации:
1. «Рекомендации по проектированию и устройству фундаментов из буроинъекционных свай», М, НИИОСП, 1982 г., с. 5-12.
2. Патент РФ №95687, кл. E04F 5/16, публ. 10.07.2010 г
3. Патент РФ №109475, кл. E04F 5/00, публ.. 20.10.2011 г
4. Интернет. «Штанга JЕТ-2». Сайт: UNITOOLS, «unitools.ru/jet-grouting/jet-2/shtanga-jet-2.html/ /прототип/.