способ устройства буронабивной сваи и расширитель скважины для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ устройства буронабивной сваи, включающий бурение скважины, разработку уширения скважины механическим грейферным расширителем, установку арматурного каркаса и заполнение скважины бетонной смесью, отличающийся тем, что разрабатывают уширение с соотношением диаметра уширения к диаметру скважины, равным d_y/d_c 2, при скорости вращателя, равной n=20-100 оборотов в минуту, в зависимости от грунтовых условий, при прохождении расстояния 0,8 h, где h - высота уширения, прекращают осевую подачу бурового става и на этом уровне в течение 3-5 оборотов производят подчистку основания уширения и полное заполнение емкости грунтосборника и полости между лопастями расширителя, затем включают осевую подачу и производят проходку до полной высоты уширения и замыкания лопастей расширителя, затем расширитель извлекают из скважины, далее осуществляют бетонирование уширенной пяты скважины, устанавливают арматурный каркас и завершают устройство буронабивной сваи бетонированием ее ствола.

2. Расширитель скважины, содержащий приводную траверсу с шарнирно закрепленными на ней лопастями и взаимодействующий с ними механизм перемещения лопастей, лопасти содержат радиально установленные ребра, снабженные фигурной направляющей кромкой, режущие элементы на их нижних торцах и элементы наружного кожуха, а механизм перемещения лопастей содержит каретку, с установленными на ней роликами, взаимодействующими с фигурной направляющей кромкой ребер, при этом каретка установлена на стойке с возможностью осевого взаимного перемещения траверсы и каретки и вращения, а в основании стойки установлен грунтосборник, отличающийся тем, что расширитель дополнительно снабжен подшипниковым узлом и крюковой обоймой, шарнирно установленной на траверсе и взаимодействующей с кареткой механизма перемещения лопастей, стойка, на которой закреплена каретка механизма перемещения лопастей, выполнена двутавровой с возможностью радиального вращения на подшипниковом узле, установленном ниже режущих элементов лопастей, а ролики выполнены с ребордами и установлены попарно с двух сторон каретки с возможностью взаимодействия с фигурными направляющими кромками ребер лопастей.

3. Расширитель скважины по п.2, отличающийся тем, что грунтосборник выполнен с возможностью боковой разгрузки, а стойка подшипникового узла закреплена в основании грунтосборника.

4. Расширитель скважины по п.3, отличающийся тем, что грунтосборник выполнен с откидывающейся стенкой, шарнирно соединенной в верхней части с неподвижной стенкой с возможностью поворота в вертикальной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и, в частности может применяться при устройстве буронабивных свай с уширенной пятой.

Известны способы устройства буронабивных свай, включающие бурение скважины, разработку уширения механическим расширителем скважины, установку арматурного каркаса и заполнение скважины бетонной смесью (Ганичев И.А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1981, с.59-61). В зависимости от свойств грунтов устройство буронабивных свай может осуществляться сухим способом или под глинистым раствором. Способ устройства буронабивных свай под глинистым раствором применяют в неустойчивых и обводненных грунтах. При этом диаметр разбуриваемой скважины выполняют 0,5 м. Устройство буронабивных свай сухим способом применяют при строительстве на тяжелых глинистых грунтах. При этом диаметр разбуриваемой скважины выполняют 0,4 м. Выполнение уширения для пяты основания осуществляют наиболее распространенным механическим расширителем пантографного типа, подсоединяемым к вращателю буровой машины и обеспечивающим соотношение диаметров уширения и скважины, равное d_y /d_c 2,5, причем уширение скважины разбуривают в несколько циклов.

Известен, например, универсальный уширитель, включающий два коаксиально расположенных вала с размещенными на них скользящей и фиксированной муфтами, к которым шарнирно прикреплен пантографный пространственный механизм, снабженный породоразрушающими элементами, коаксиально расположенные валы выполнены с возможностью взаимной фиксации и независимого соединения с бурильным валом буровой установки, при этом наружный вал выполнен с возможностью его установки на устье скважины с фиксацией от продольного перемещения, что позволяет выполнять уширенные полости различной конфигурации (Патент № 2119036, С1, дата приоритета 14.03.1995, дата публикации 20.09.1998, автор Зопорожец А.Т., RU).

Недостатками известного способа устройства буронабивных свай с использованием механического расширителя пантографного типа являются: во-первых, ограниченная область его использования в связи с непригодностью для малых диаметров скважин, во-вторых, высокая трудоемкость, обусловленная разбуриванием уширения скважины в несколько циклов, что требует дополнительных затрат времени, затрудняет контроль за работой расширителя, последствиями чего может быть заклинивание расширителя в скважине, обсыпание грунта, приводящее к искажению размеров и формы уширения, а также высокая трудоемкость в связи с разгрузкой грунтосборника вручную.

В скважинах малого диаметра применим в основном способ образования уширений взрывом при бетонировании буронабивной сваи.

Известен, например, способ усиления несущей способности буронабивной сваи, включающий бурение скважины, установку в ней заряда взрывчатого вещества, образование камуфлетной полости и заполнение бетоном, при этом в скважину устанавливают металлический цилиндр, имеющий кольцевую выемку с наклонными гранями, между которыми размещают заряд взрывчатого вещества для направления продуктов взрыва в сторону стенок скважины и создания уплотненной кольцевой полости в грунте (Патент № 2241098, С1, дата приоритета 31.03.2003, дата публикации 27.11.2004, авторы Прохоров Н.И. и др., RU).

Недостатком известного способа устройства буронабивной сваи является ограниченное его применение в связи с дороговизной и высокой опасностью при хранении, транспортировке и применении взрывчатых веществ.

В качестве прототипа принят известный способ устройства буронабивных свай с использованием механического расширителя (Козаков Ю.Н., Буланкин Н.Ф., Шишканов Г.Ф., Король В.А. Особенности применения свай в Восточной Сибири. - Красноярск: Стройиздат, Красноярский отдел, 1992, с.240-242, прототип).

В качестве прототипа принят также известный расширитель скважин грейферного типа, содержащий раздвижные рабочие элементы в виде лопастей с профильными направляющими, шарнирно закрепленные на траверсе, и механизм раздвижки, выполненный из направляющих роликов, закрепленных на опоре и взаимодействующих с профильными направляющими рабочих элементов (Авторское свидетельство № 589387, дата приоритета 16.12.1975, дата публикации 25.01.1978, автор Король В.А., прототип).

При использовании грейферного расширителя по авт. свид. № 589387, подсоединенного к вращателю буровой машины, обеспечивается разработка уширения с соотношением диаметров уширения и скважины d_y/d_c=1,9, что недостаточно для буронабивных свай в скважинах малого диаметра (при d_c<0,4 м), так как для повышения несущей способности буронабивных свай требуемое соотношение диаметров уширения и скважины должно быть d_y /d_c 2. Однако механизм замыкания рабочих органов прототипа не обеспечивает большего их вылета из-за конструкции опоры, и к тому же расширитель имеет недостаточную надежность и неудобный в эксплуатации грунтосборник.

Недостатком прототипа является низкая эффективность способа устройства буронабивных свай в связи с использованием молоэффективного расширителя скважины, обладающего недостаточным вылетом лопастей для выполнения достаточного уширения скважин малых диаметров, недостаточной надежностью механизма раздвижки лопастей, а также имеющего неудобный в эксплуатации грунтосборник.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа устройства буронабивной сваи и усовершенствование конструкции расширителя скважины, используемого при выполнении уширения в скважинах малого диаметра, путем расширения диапазона выполняемого уширения, повышения надежности расширителя, облегчения выемки грунта из грунтосборника и улучшения качества изготавливаемой буронабивной сваи.

Для решения поставленной задачи в способе устройства буронабивной сваи, включающем бурение скважины, разработку уширения скважины механическим расширителем, установку арматурного каркаса и заполнение скважины бетонной смесью, согласно изобретению разработку уширения осуществляют грейферным расширителем, обеспечивающим соотношение диаметра уширения к диаметру скважины, равное d_y/d_c 2, а заполнение уширения бетонной смесью производят до установки арматурного каркаса в скважину.

Согласно изобретению разработку уширения производят при скорости вращателя, равной 20-100 оборотов в минуту.

Для решения поставленной задачи расширитель скважины, содержащий приводную траверсу с шарнирно закрепленными на ней лопастями и взаимодействующий с ними механизм перемещения лопастей, лопасти содержат радиально установленные ребра, снабженные фигурной направляющей кромкой, режущие элементы на их нижних торцах и элементы наружного кожуха, а механизм перемещения лопастей содержит каретку с установленными на ней роликами, взаимодействующими с фигурной направляющей кромкой ребер, при этом каретка установлена на стойке с возможностью осевого взаимного перемещения траверсы и каретки и вращения, а в основании стойки установлен грунтосборник, согласно изобретению дополнительно снабжен подшипниковым узлом и гравитационной крюковой обоймой, шарнирно установленной на траверсе и взаимодействующей с кареткой механизма перемещения лопастей, стойка, на которой закреплена каретка механизма перемещения лопастей, выполнена двутавровой с возможностью радиального вращения на подшипниковом узле, установленном ниже режущих элементов лопастей, а ролики выполнены с ребордами и установлены попарно с двух сторон каретки с возможностью взаимодействия с фигурными направляющими кромками ребер лопастей.

Согласно изобретению грунтосборник выполнен с возможностью боковой разгрузки, а стойка подшипникового узла закреплена в основании грунтосборника.

Согласно изобретению грунтосборник может быть выполнен с откидывающейся стенкой, шарнирно соединенной в верхней части с неподвижной стенкой с возможностью поворота в вертикальной плоскости.

На фиг.1 схематично представлена конструкция заявляемого расширителя скважины, общий вид; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема уширенной полости.

Заявляемый в составе заявки расширитель скважины содержит приводную траверсу 1 с шарнирно закрепленными на ней лопастями 2 и взаимодействующий с ними механизм перемещения лопастей. Лопасти 2 содержат радиально установленные ребра 3, снабженные фигурной направляющей кромкой 4, режущие элементы 5, установленные на нижних торцах ребер, и наружный кожух 6. Механизм перемещения лопастей содержит каретку 7, установленную на двутавровой стойке 8 с возможностью осуществления максимального отклонения лопастей. Для обеспечения осевого взаимного перемещения каретки 7 и траверсы 1, а также вращения на каретке 7 попарно с каждой стороны установлены ролики 9, снабженные ребордами 10, взаимодействующие с фигурной направляющей кромкой 4 ребер. Двутавровая стойка 8 установлена на подшипниковом узле 11, расположенном ниже режущих элементов 5 лопастей. Расширитель скважин снабжен грунтосборником 12, при этом стойка подшипникого узла закреплена в основании 13 грунтосборника 12. Последний выполнен с откидывающейся стенкой 14, шарнирно соединенной в верхней части с неподвижной стенкой грунтосборника с возможностью поворота в вертикальной плоскости. Расширитель скважин снабжен также гравитационной крюковой обоймой 15, шарнирно установленной на траверсе 1 и взаимодействующей с кареткой 7 механизма перемещения лопастей для фиксации их замыкания и связи траверсы и каретки по завершении выполнения уширения.

Заявляемый способ устройства буронабивной сваи включает: проходку скважины d_c=0,3 м машиной вращательного бурения; разработку уширения в скважине d_y=(0,7-0,8) м; бетонирование уширенной пяты сваи; установку арматурного каркаса, бетонирование ствола сваи.

Проходку скважины производят буровой машиной с помощью шнекового бурового става на полную глубину. Затем к буровому ставу подсоединяют заявляемый расширитель, который является технологической оснасткой к буровой машине, осуществляющей за один цикл образование уширения резанием и уплотнением грунта стенок и основания уширения. Расширитель опускают в скважину в раздвинутом по оси состоянии. После опускания расширителя в скважину включают вращатель и со скоростью n=20-100 оборотов в минуту в зависимости от грунтовых условий производят разработку уширения. Для контроля за глубиной проходки на мачте буровой машины устанавливают рейку с разметкой, равной величине хода траверсы, соответствующей высоте уширения. При прохождении расстояния 0,8 h, где h - высота уширения, прекращают осевую подачу бурового става и на этом уровне в течение 3-5 оборотов производят подчистку основания уширения и полное заполнение емкости грунтосборника и полости между лопастями расширителя. Затем включают осевую подачу и производят проходку до полной высоты уширения и замыкания лопастей расширителя при соединении каретки с траверсой. Расширитель извлекают из скважины, отсоединяют каретку от траверсы и разгружают от разбуренного грунта путем раскрытия лопастей и поворотом откидной крышки грунтосборника. Далее осуществляют бетонирование уширенной пяты скважины, устанавливают арматурный каркас и завершают устройство буронабивной сваи бетонированием ее ствола.

Преимущество заявляемого способа устройства буронабивной сваи и используемого для его осуществления расширителя скважины заключается в повышении эффективности способа за счет усовершенствования конструкции расширителя скважины путем расширения диапазона выполняемого уширения в скважинах малого диаметра, обусловленного формой выполнения стойки двутаврового сечения, повышения надежности расширителя в связи с дополнительной установкой подшипникового узла и более рациональным расположением роликов на каретке механизма перемещения лопастей, облегчения выемки грунта из грунтосборника, а также за счет улучшения качества изготавливаемой буронабивной сваи.