устройство для сооружения буронабивных винтовых свай

Формула изобретения

1. Устройство для сооружения буронабивных винтовых свай, состоящее из корпуса, верхняя часть которого выполнена в виде полого многогранного ниппеля с отверстием под замковый палец, и породоразрушающего приспособления с юбкой, отличающееся тем, что средняя и нижняя части корпуса выполнены в виде цельных цилиндров с поперечным сечением различного диаметра, причем средняя часть - большего, а нижняя - меньшего диаметра, при этом в средней цилиндрической части выполнены система отверстий, полость для инъекции бетонной смеси и поперечный паз, в котором на вертикальной оси, размещенной в вертикальном отверстии корпуса, с возможностью вращения смонтирован щелеобразующий нож, приводимый в рабочее положение подпружиненным толкателем переменного поперечного сечения, расположенным с возможностью перемещения в горизонтальной полости, имеющей форму двух отверстий различного диаметра, с внешней стороны запечатанных заглушкой, а в нижней цилиндрической части корпуса выполнен сквозной продольный паз, с размещенным в нем ограничителем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний торец средней цилиндрической части корпуса расположен выше верхней плоскости поперечного паза, который в транспортном положении перекрыт кожухом, жестко связанным с юбкой породоразрушающего инструмента.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сквозной продольный паз в нижней цилиндрической части корпуса имеет длину большую, чем расстояние от верхнего торца кожуха до нижнего торца поперечного паза.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полость в корпусе для инъекции бетонной смеси в скважину расположена на одном уровне с поперечным пазом и смещена назад по ходу вращения устройства относительно поперечного паза.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть толкателя меньшего диаметра выполнена с овальным торцем.

Описание изобретения к патенту

Устройство для сооружения буронабивных винтовых свай относится к области горной промышленности и строительства и может быть использовано при строительстве фундаментов зданий, опор ЛЭП, радиомачт, мостов, эстакад, путепроводов и других специальных сооружений.

Известен способ изготовления буронабивной сваи, при котором формирование ее производится устройством путем завинчивания в грунт бурильной колонны, состоящей из инвентарной трубы и винтового наконечника. При достижении глубины, соответствующей длине изготавливаемой сваи, в полость инвентарной трубы подают твердеющий материал с одновременным извлечением инвентарной трубы и оставлением винтового наконечника в скважине (Строительство и городское хозяйство в Санкт-Петербурге и Ленинградской области», № 60, 2003).

К недостаткам данного способа относятся большие энергетические затраты для внедрения винтового наконечника в грунт и отсутствие возможности создавать значительные осевые усилия при бурении в стесненных условиях малогабаритными буровыми установками. Из-за того, что винтовой наконечник не извлекается из скважины, значительно увеличивается стоимость возведения фундамента.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для сооружения буронабивных винтовых свай, состоящее из корпуса, верхняя часть которого выполнена в виде полого многогранного ниппеля с отверстием под замковый палец, и породоразрушающего приспособления с юбкой (Патент Японии № 36-575, кл. 86А321, опубл. 1961).

Данное устройство имеет ряд существенных недостатков. Для образования винтовой скважины без выноса разрушенного грунта на поверхность даже в грунтах со средней несущей способностью требует применение тяжелых буровых установок со значительным крутящим моментом, которые невозможно применить вблизи существующих фундаментов из-за их значительных габаритов и ограниченности пространства. После образования винтовой скважины в слабонесущих грунтах не исключена возможность обрушения ее стенок и ликвидация винтовой нарезки. Кроме того, вывинчивание формующего элемента обратным вращением строго по винтовой нарезке, образованной прямым ходом, соответствующей шагу этого элемента, осуществить на практике невозможно, что приводит к нарушению стенок винтовой скважины. Оставление башмака на забое скважины влечет за собой удорожание стоимости сваи.

Технический эффект, ожидаемый от использования изобретения, заключается в повышении производительности при сооружении буронабивных винтовых свай в устойчивых и средней устойчивости грунтах и снижении стоимости буровых работ.

Указанный технический эффект достигается тем, что в устройстве для сооружения буронабивных винтовых свай, состоящем из корпуса, верхняя часть которого выполнена в виде полого многогранного ниппеля с отверстием под замковый палец, и породоразрушающего приспособления с юбкой, средняя и нижняя части корпуса выполнены в виде цельных цилиндров с поперечным сечением различного диаметра, причем средняя часть - большего, а нижняя - меньшего диаметра, при этом в средней цилиндрической части выполнены система отверстий, полость для инъекции бетонной смеси и поперечный паз, в котором на вертикальной оси, размещенной в вертикальном отверстии корпуса, с возможностью вращения смонтирован щелеобразующий нож, приводимый в рабочее положение подпружиненным толкателем переменного поперечного сечения, расположенным с возможностью перемещения в горизонтальной полости, имеющей форму двух отверстий различного диаметра, с внешней стороны запечатанных заглушкой, а в нижней цилиндрической части корпуса выполнен сквозной продольный паз с размещенным в нем ограничителем. Тем, что средняя цилиндрическая часть корпуса по высоте превышает верхний торец поперечного паза и в транспортном положении закрыта кожухом, жестко связанным с юбкой породоразрушающего инструмента, и тем, что сквозной продольный паз в нижней цилиндрической части корпуса имеет длину, большую, чем расстояние от верхнего торца кожуха до нижнего торца поперечного паза, а также тем, что полость в корпусе для инъекции бетонной смеси в скважину расположена на одном уровне с поперечным пазом и смещена назад по ходу вращения устройства относительно поперечного паза, и тем, что часть толкателя меньшего диаметра выполнена с овальным торцем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено схематическое изображение устройства в разрезе в положении бурения пилотной скважины под сваю, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - схематическое изображение устройства в разрезе в положении образования винтовой щели, на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3.

Устройство состоит из корпуса 1, диаметр которого d₁ меньше диаметра реборды шнека d₂ (см. фиг.1, 2 и 4), верхняя часть которого представляет собой полый многогранный ниппель 2 с отверстием под замковый палец 3 для соединения со шнековым снарядом. Средняя 4 и нижняя 5 части корпуса 1 - цельные цилиндры различного диаметра. При этом средняя часть 4 имеет больший диаметр, чем нижняя часть 5. В средней цилиндрической части 4 корпуса 1 имеются полость 6 для инъекции твердеющей смеси, которая соединена с полым многогранным ниппелем 2 посредством отверстия (на фиг.1 не показано), поперечный паз 7, в котором на вертикальной оси 8, размещенной в корпусе 1, смонтирован щелеобразующий нож 9. Полость 6, кроме того, посредством отверстия 21 (см. фиг.2) соединена с полостью 22 (см. фиг.1) в корпусе породоразрушающего приспособления 17. Щелеобразующий нож 9 приводится в рабочее положение толкателем 10 при помощи пружины 11 с внешней стороны зафиксированной заглушкой 13. Толкатель 10 имеет цилиндрическую форму с переменным поперечным сечением, часть толкателя меньшего диаметра выполнена с овальным торцем. Толкатель 10 смонтирован с возможностью перемещения в полости 12, имеющей форму двух отверстий различного диаметра.

В нижней цилиндрической части 5 корпуса 1 выполнен сквозной продольный паз 14, в котором с возможностью перемещения находится ограничитель 15, установленный в сквозные отверстия юбки 16 (на фиг.1 и 2 не показаны), жестко соединенной с породоразрушающим приспособлением 17, выполненным в виде конической насадки, и удерживающий их в транспортном положении, т.е. когда происходит бурение пилотной скважины под сваю, и в рабочем положении, когда в пилотной скважине происходит образование винтовой щели.

Верхний торец средней цилиндрической части 4 корпуса 1 расположен выше верхней плоскости поперечного паза 7, который в транспортном положении перекрыт кожухом 19, жестко связанным с юбкой 16 породоразрушающего приспособления 17. Щелеобразующий нож 9 в транспортном положении под действием пружины 11 упирается в кожух 19 и не дает юбке 16 с породоразрушающим приспособлением 17 опуститься в крайнее нижнее положение в случае встречи в разрезе скважины пустот или несвязных пропластков грунта. Кожух 16 в транспортном положении перекрывает и полость 6, высота которой равна высоте поперечного паза 7.

Сквозной продольный паз 14 в нижней цилиндрической части 5 корпуса 1 имеет длину несколько большую, чем расстояние от верхнего торца кожуха 19 до нижней плоскости 20 поперечного паза 7. Полость 6 для инъекции твердеющей смеси в средней цилиндрической части 4 корпуса 1 расположена на одном уровне с поперечным пазом 7, что обеспечивает ее полное перекрытие кожухом 19 при бурении пилотной скважины, и смещена относительно поперечного паза 7 назад по ходу вращения устройства.

Смещение полости 6 относительно поперечного паза 7 назад по ходу вращения устройства выполнено с целью мгновенного заполнения образующейся щели бетонной смесью.

Устройство работает следующим образом. На устье скважины собирают шнековый буровой снаряд, состоящий из полых шнеков и подсоединенного к ним устройства. Этим снарядом бурится пилотная скважина до проектной глубины сваи. Пробурив пилотную скважину, буровой снаряд несколько приподнимают от забоя скважины, останавливают вращение шнекового снаряда и начинают подачу бетонной смеси под давлением через полый шнековый снаряд к устройству и через отверстие 21 в полость 22 породоразрушающего приспособления 17.

При достижении определенного давления, превышающего силу трения щелеобразующего ножа 9 о стенку кожуха 19, породоразрушающее приспособление 17 с юбкой 16 и кожухом 19 опускаются вниз до упора ограничителя 15 в нижнюю часть сквозного продольного паза 14 (см. фиг.3). При этом открывается полость 6 и поперечный паз 7 в средней части 4 корпуса 1 устройства, где размещен щелеобразующий нож 9. Это возможно за счет того, что сквозной продольный паз 14 в цилиндрической нижней части 5 корпуса 1 имеет длину большую, чем высота поперечного паза 7 и полости 6. После открытия поперечного паза 7 щелеобразующий нож 9 под действием пружины 11 толкателем 10 выдвигается за пределы диаметра пилотной скважины (фиг.4-d₂), образованного породоразрушающим приспособлением 17. Полное выдвижение щелеобразующего ножа 9 (фиг.4-d₃) происходит как за счет действия пружины, так и за счет силы сопротивления грунта разрушению при начале вращательного движения шнекового снаряда по часовой стрелке.

Далее в зависимости от степени устойчивости грунта, которая определена инженерными изысканиями перед началом строительства данного объекта, выбирают шаг винтовой щели, который будет образован при одновременном вращательном и поступательном вверх движении шнекового снаряда с выдвинутым щелеобразующим ножом 9, обеспечивающий наибольшую несущую способность сваи. При этом во время подъема шнекового снаряда нет необходимости придавать ему строго определенную скорость вращения и подачи, исходя из величины шага спирали винтового наконечника, как это имеет место при сооружении винтовых свай способом завинчивания с последующим вывинчиванием винтового наконечника.

Таким образом, изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с известными.

1. Обеспечивается сооружение буронабивных свай с винтовой нарезкой щели в стенках пилотной скважины с регулируемой величиной шага винтовой щели в зависимости от степени устойчивости грунта.

2. Нарезка винтовой щели в стенках пилотной скважины осуществляется при подъеме шнекового снаряда с одновременным вращением, для чего нет необходимости строго выдерживать соотношение скорости вращения и подъема бурового снаряда, достаточно только соблюдать равномерность этих величин.

3. Исключается необходимость применения мощных тяжелых буровых установок, что дает возможность сооружать буронабивные винтовые сваи в непосредственной близости от фундаментов ранее построенных зданий и сооружений.

4. Устройство обеспечит высокую производительность буровых работ.