устройство для вдавливания свай и/или других строительных конструкций и способ вдавливания с использованием этого устройства

Формула изобретения

1. Устройство для вдавливания свай и/или других строительных конструкций, содержащее систему анкеровки, в состав которой входят по меньшей мере два продольные элемента с опорами, установленными на них подвижно, содержащими элементы соединения и несущими механизм вдавливания, отличающееся тем, что продольные элементы содержат упоры, выполненные с возможностью заведения в них элементов соединения, опоры соединены элементом преимущественно балочной конструкции, а силовой конструктив механизма вдавливания прикреплен к элементу с возможностью перемещения вдоль его продольной оси.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упоры выполнены в виде непрерывных консольных элементов, повернутых друг к другу консолями и установленных на расстоянии для заведения элементов соединения, а элементы соединения выполнены с расширениями, заведенными под нижние грани консольных элементов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что силовой конструктив механизма вдавливания, выполненный по меньшей мере в виде одного гидроцилиндра, содержит элементы его фиксации и перемещения вдоль балочной конструкции.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы балочной конструкции установлены с образованием по меньшей мере одной консоли и с возможностью перемещения по опорам в вертикальном и/или горизонтальном направлениях.

5. Способ вдавливания свай и/или других строительных конструкций, состоящий из устанавливания в зоне вдавливания устройства, анкеровки устройства, поднятия и установления вдавливаемой конструкции на точку погружения, подведения механизма вдавливания к головке вдавливаемой конструкции и вдавливания, отличающийся тем, что устанавливание устройства производят укладыванием в зоне вдавливания по меньшей мере двух продольных элементов с упорами, выполненными с возможностью заведения в них элементов соединения, размещением на них опор, фиксацией опор с помощью элементов соединения, соединением опор между собой элементом преимущественно балочной конструкции, несущим силовой конструктив механизма вдавливания, а подведение механизма вдавливания осуществляют перемещением силового конструктива по балочному элементу и/или перемещением опор по продольным элементам.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое устройство относится к области строительства и может быть использовано при сооружении фундаментов из железобетонных свай в жилищном, промышленном и сельском строительстве, а также для вдавливания шпунтов и им подобных строительных конструкций. Наиболее эффективно использование заявляемого изобретения при погружении сборных железобетонных конструкций вблизи или внутри существующих сооружений, в зоне оползней, а также в местах, где недопустим высокий уровень динамических и шумовых воздействий.

Существуют устройства для погружения свай и им подобных конструкций, установленные на рельсовом, колесном или гусеничном ходу. Такие установки погружают сваи в грунт вбиванием. Среди установок, заглубляющих сваи в грунт вдавливанием, существуют только навешенные на самоходные средства передвижения, что обусловлено необходимостью использовать большой вес вдавливающего устройства во время погружения строительной конструкции для уравновешивания действия реактивной силы, равной по величине и противоположной по направлению силе, действующей на сваю.

В источниках научно-технической литературы обнаружено техническое решение, наиболее близкое к заявляемому изобретению, выбранное в качестве прототипа (А.з. Японии N 2-3853, МКИ⁵ E 02 D 7/20, 1990 г.). Известное устройство для вдавливания свай и других строительных конструкций содержит систему анкеровки, имеющую два продольных анкерных элемента - две продольные балки с опорами на них. Балки ориентированы вдоль направления размещения свай в грунте, установлены параллельно на расстоянии, которое приблизительно равно ширине вдавливаемой конструкции, и используются не только для анкеровки, а и для направления конструкции, чтобы предотвратить перекосы при вдавливании. Вертикальные опоры содержат элементы соединения с балками, выполненные в виде буквы П, жестко соединенные с опорами, установленные на балках с возможностью охвата и скольжения, а также несут механизм вдавливания. Механизм вдавливания представляет собой два гидравлических цилиндра, установленных подвижно на П-образном захвате.

Устройство обеспечивает качественную анкеровку во время работы, может развивать большие усилия вдавливания, вдавливает строительные конструкции без их перекосов и разрушения. Однако устройство имеет целый ряд существенных недостатков. Устройство громоздко. Необходимость в создании поверхностей трения и анкеровки устройства за счет собственного веса вызывают необходимость выполнения продольных балок и опор массивными и тяжелыми. Массивность и громоздкость не позволяют использовать устройство вблизи стен или внутри строений. Устройство не обеспечивает большой зоны действия. Без переналадки устройства можно вдавить сваи в одном ряду, длина которого равняется длине продольных анкерных балок. Устройство можно использовать только при предварительном выравнивании строительной площадки или тщательной ориентировки анкерных балок в горизонтальной плоскости путем подкладывания всевозможных подкладок для предотвращения перекосов и заклинивания опор во время движения.

Большая металлоемкость, небольшой диапазон действия, сложная и трудоемкая переналадка приводят к тому, что монтаж и демонтаж устройства занимают большую часть времени при строительстве фундаментов сооружений.

В основу изобретения поставлена задача создать устройство для вдавливания свай и/или других строительных конструкций, в котором путем нового выполнения опорной части устройства и механизма вдавливания достигают уменьшения металлоемкости устройства, расширяют зону его действия без переналаживания, расширяют его технические возможности, позволяя использовать его максимально близко от стен строений, возможно даже внутри строений, упрощают работу по переналадке устройства, что приводит к снижению стоимости самого устройства, уменьшению затрат времени и снижению стоимости проведения строительных работ по сооружению фундаментов или им подобных конструкций.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве для вдавливания свай и/или других строительных конструкций, содержащих систему анкеровки, в состав которой входят по меньшей мере два продольных элемента с опорами, установленными на них подвижно, содержащими элементы соединения и несущими механизм вдавливания, согласно изобретению, продольные элементы содержат упоры, выполненные с возможностью заведения в них элементов соединения, опоры соединены элементом преимущественно балочной конструкции, а силовой конструктив механизма вдавливания прикреплен к элементу с возможностью перемещения вдоль его продольной оси.

Согласно изобретению, упоры выполнены в виде непрерывных консольных элементов, повернутых друг к другу консолями и установленных на расстоянии для заведения элементов соединения, а элементы соединения выполнены с расширениями, заведенными под нижние грани консольных элементов.

Согласно изобретению, силовой конструктив механизма вдавливания, выполненный по меньшей мере в виде одного гидроцилиндра, содержит элементы его фиксации и перемещения вдоль балочной конструкции.

Согласно изобретению, элементы преимущественно балочной конструкции установлены с образованием по меньшей мере одной консоли и с возможностью перемещения по опорам в вертикальном и/или горизонтальном направлениях.

Металлоемкость устройства уменьшается за счет того, что опоры контактируют с продольными элементами не снаружи, а как бы изнутри благодаря упорам, внутрь которых вставлены и зафиксированы в таком положении элементы соединения. Это позволяет уменьшить величину поперечного сечения продольных элементов и опор. Зона действия устройства расширена благодаря тому, что продольные элементы могут быть размещены на большом расстоянии один от другого и охватывать несколько рядов свай, образующих фундамент сооружения. Силовой конструктив механизма вдавливания подводят к каждой из погружаемых свай перемещением опор и перемещением самого силового конструктива по элементам балочной конструкции. Сравнительно небольшой вес продольных элементов и отсутствие выступающих частей, которые могли бы разрушить существующее строение, позволяют производить работы впритык к ранее сооруженному фундаменту. Работать внутри небольших, уже существующих сооружений позволяют консоли элементов балочной конструкции. Консоли заводят внутрь сооружения через отверстие в стене, монтируют на ней силовой конструктив и выполняют вдавливание.

Особенностью способа погружения строительных элементов вдавливанием является необходимость дополнительного нагружения или анкеровки установки во время вдавливания для противодействия реактивной силе, возникающей во время нагружения сваи. Известные способы погружения свай, шпунтов и им подобных конструкций предусматривают дополнительную анкеровку с помощью дополнительных пригрузов или вакуумных анкерных устройств. Так, известный способ вдавливания свай и/или других строительных конструкций (Методические рекомендации для технологии погружения свай вдавливанием. Киев, НИИСП, 1988 г., с. 4-8), выбранный в качестве прототипа, предусматривает такие операции: предварительную планировку зоны вдавливания бульдозером, установление устройства для вдавливания, анкеровку его, подъем и установление сваи на точку погружения, подведение механизма вдавливания к свае и приложение погружающего усилия.

Описанный способ эффективно работает в глинистых грунтах, которые позволяют легко погружать в грунт анкерное приспособление и не пропускает через грунт воздух. Очень твердые или песчаные грунты требуют больших затрат рабочей силы, времени, топлива для проведения дополнительных работ по подготовке строительной площадки, направленных на удаление непригодного грунта и замену его подходящим. Кроме того, на энергоемкость способа оказывает влияние необходимость переналаживания всей машины при перемещении от одной сваи к другой. К тому же необходимость точной установки устройства в позицию, которая отвечала бы точному попаданию сваи в точку разметки, требует высокой квалификации обслуживающего персонала.

В основу изобретения поставлена задача создать способ вдавливания свай и/или других строительных конструкций, в котором путем изменения конструктивных особенностей устройства, позволяющих изменить способ установления устройства и перемещения механизма вдавливания, достигают расширения области применения, уменьшения трудоемкости, энергозатрат и времени сооружения фундаментов.

Поставленная задача решается тем, что в способе вдавливания свай и/или других строительных конструкций, состоящем из устанавливания в зоне вдавливания устройства, описанного в любом из пунктов 1-4, анкеровки устройства, поднятия и установления вдавливаемой конструкции на точку погружения, подведения механизма вдавливания к головке вдавливаемой конструкции и вдавливания, согласно изобретению, устанавливание устройства производят укладыванием в зоне вдавливания по меньшей мере двух продольных элементов с упорами, выполненными с возможностью заведения в них элементов соединения, размещением на них опор, фиксацией опор с помощью элементов соединения, соединением опор между собой элементом преимущественно балочной конструкции, несущим силовой конструктив механизма вдавливания, а подведение механизма вдавливания осуществляют перемещением силового конструктива по балочному элементу и/или перемещением опор по продольным элементам.

Изменение способа установления устройства для вдавливания позволяет проводить вдавливание без переоборудования устройства. Продольные анкерные элементы воспринимают реактивные усилия, возникающие во время вдавливания, всей своей длиной, изменяют кинематику процесса, поскольку в заявленном способе свая вдавливается в пределах опирания устройства на грунт, а в способе-прототипе усилия вдавливания прикладывают за пределами опор передвижного механизма, что вызывает необходимость дополнительной вакуумной анкеровки. Поскольку устраняется необходимость в вакуумной анкеровке, не нужна тщательная и трудоемкая подготовка строительной площадки.

На фиг. 1 схематично представлен внешний вид устройства в плане, на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.

Устройство состоит из системы анкеровки и механизма вдавливания. Система анкеровки содержит два продольных элемента - рельса 1, которые установлены вдоль направления вдавливания строительных конструкций и несут на себе опоры 2. Рельсов в устройстве может быть два и больше в зависимости от их наличия и размера строительной площадки. Опоры 2 установлены подвижно с возможностью перемещения вдоль рельсов в упорах 3. Упоры 3 закреплены на верхних поверхностях рельсов 1. В нижних торцевых опорах 2 выполнены отверстия, в которых установлены элементы соединения упоров 3 с опорами 2 - винты 4. Упоры при этом выполнены с возможностью заведения в них винтов 4. Для этого каждый упор выполнен в виде двух непрерывных, повернутых один к одному консолями консольных элементов 3¹ и 3², которые закреплены на рельсах 1 на расстоянии несколько большем величины диаметра стержня винта 4.

Винты 4 на своем нижнем конце имеют расширения, выполненные в одной плоскости. Размер этих расширений значительно превышает расстояние между консолями упоров. Верхний конец винтов 4 выполнен в виде разъемного винтового соединения, т. е. стержня с резьбой, на который навинчена гайка 5. Опоры 2 соединены между собой балкой 6. Опоры 2 могут быть соединены между собой любым элементом пространственной конструкции, который может быть выполнен в виде простой балки, совокупности балок, фермы и т.п. Главное, чтобы этот элемент пространственной конфигурации соединял опоры и мог удерживать с возможностью перемещения по нему силовой конструктив 7 механизма вдавливания. Балка 6 может быть установлена на опорах таким образом, что ее концы выходят за границы опор, образуя одну или две консоли 8 (на фигурах представлена конструкция с двумя консолями). На опорах установлены приспособления, которые позволяют перемещать балку вдоль и поперек опор (не показаны). К балке 6 присоединен силовой конструктив механизма вдавливания в виде гидроцилиндра 7. Количество гидроцилиндров зависит от вдавливающего усилия, которое необходимо развить для вдавливания конструкции, например сваи 9. Гидроцилиндр имеет возможность продольного перемещения и фиксации на балке 6 (не показано). Гидроцилиндр 7 соединен трубопроводами с источником давления - насосной станцией, размещенной за пределами устройства и не показанной на фигурах. В случае необходимости рельсы 1 могут быть дополнительно снабжены пригрузами 10.

Устройство монтируется и работает, осуществляя способ вдавливания строительных конструкций таким образом.

Размечают места вдавливания свай. Подвозят к ним автокраном необходимое количество свай. Бурят грунт, образуя в нем скважины, и устанавливают вдоль более длинной стороны фундамента две рельсы 1 с упорами 3 на них параллельно на необходимом расстоянии. Для установления рельсов нет необходимости в идеально ровной поверхности строительной площадки. Большие выступы можно немного уменьшить, впадины засыпать. Устанавливают на каждый упор 3 опору 2 таким образом, чтобы отверстия в торцевой поверхности совпадали со щелью между консолями 3¹ и 3² упоров 3. Заводят в отверстия винты 4, после чего поворачивают их на угол 90^o, заводя расширения винтов под нижнюю поверхность консолей упоров (угол 90^o обеспечивает максимальную надежность удерживания винтов в упорах). Потом закручивают гайки 5, закрепляя винты 4 в указанном положении. Устанавливают на опоры балку 6 и тоже фиксируют ее в необходимом положении. Устанавливают на балку гидроцилиндр на тележке штоком вниз и подключают к насосу. Установка и анкеровка устройства на этом закончены.

Перемещают опоры 2 по рельсам до тех пор, пока балка 6 не окажется над вдавливаемой сваей. Опоры фиксируют в таком положении и перемещают гидроцилиндр по балке, устанавливая его над сваей.

Включают насос, шток гидроцилиндра опускается на сваю. Нагрузка от гидроцилиндра передается через оголовок, который распределяют усилия по всей поверхности сваи равномерно. Оголовок предотвращает случайное разрушение сваи во время вдавливания. Сила реакции вдавливаемой сваи воспринимается опорами 2 и передается через расширения винтов 4 на всю длину упоров 3 и рельсов 1. В случае если вдавливают сваи большого поперечного сечения или вдавливание усложнено твердостью грунта и необходимо развить увеличенное усилие вдавливания, к рельсам присоединяют дополнительные пригрузы 10. После вдавливания сваи на глубину, равную длине хода штока гидроцилиндра, балку 6 с гидроцилиндром перемещают вниз и снова прикладывают усилие вдавливания. В случае, если балка не имеет возможности вертикального перемещения, между штоком гидроцилиндра и оголовком размещают промежуточную конструкцию, которая компенсирует необходимое вертикальное перемещение.

Вдавливание следующей сваи осуществляют аналогично, переместив балку 6 и гидроцилиндр 7 аналогично вышеописанному. Никакого дополнительного переоборудования не требуется.

В случае если возникает необходимость вдавливания сваи внутри небольшого сооружения, устанавливают устройство максимально близко к стенам сооружения, консоль 8 балки заводят в отверстие в стене, монтируют на консоли гидроцилиндр и выполняют вдавливание.

Таким образом упрощается процесс погружения свай вдавливанием, сберегается время, уменьшаются трудозатраты, затраты топлива при использовании заявленного устройства. Кроме того, стоимость такого устройства значительно ниже стоимости существующих устройств, а конструкция значительно проще и не требует специальных профессиональных знаний.