способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт
Классы МПК: | E02D7/22 погружение ввинчиванием |
Автор(ы): | Таргулян Ю.О., Корнеев В.П., Ананенков А.Г., Березняков А.И., Горяинов Ю.А., Гохман М.Р., Демин В.М., Кочурков М.И., Масёма Н.М., Руденко Л.Ю., Соркин В.И., Шевченко И.А. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество закрытого типа "ВНИИземмаш" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-03-28 публикация патента:
27.02.2003 |
Изобретение относится к сооружению несущих фундаментных конструкций в вечномерзлом грунте путем погружения трубчатых опорных свай. Способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт включает вращение сваи с образованием кольцевой зоны нагрева с одновременной осевой подачей сваи с приложением к ней вдавливающей нагрузки. Осевую подачу сваи регулируют по представленному соотношению. Изобретение направлено на обеспечение непрерывности и повышение эффективности процесса погружения трубчатой сваи. 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, включающий вращение сваи с образованием кольцевой зоны нагрева с одновременной осевой подачей сваи с приложением к ней вдавливающей нагрузки, отличающийся тем, что осевую подачу сваи регулируют из соотношения![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199627/2199627-4t.gif)
где h - осевая подача, мм/об.;
Р - осевое усилие, кгс;
f - коэффициент трения стали о грунт;
k - термический эквивалент работы, кал/кгм;
k1 - удельная теплоемкость льда, кал/г град;
tо - температура мерзлого грунта, oC;
k2 - теплота плавления льда, кал/г;
q - удельная масса льда, г/мм3;
kL - коэффициент льдистости мерзлого грунта;
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/697.gif)
Описание изобретения к патенту
Область техники, к которой относится изобретениеИзобретение относится к сооружению несущих фундаментных конструкций в вечномерзлом грунте путем погружения трубчатых опорных свай. Уровень техники
Известен способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, включающий вращение сваи с одновременным приложением к ней осевой вдавливающей нагрузки с образованием кольцевой зоны нагрева - см. а.с. СССР 1666674, Е 21 В 7/20, 1991. Сущность способа заключается в том, что погружение трубчатой сваи происходит за счет превращения в воду льда, входящего в структуру мерзлого грунта, под действием тепла, выделяемого в зоне трения о грунт нижнего торца погружаемой трубы, подвергающейся осевой вдавливающей нагрузке при одновременном вращении. Вода и размокший грунт выдавливаются из зоны трения в зазоры, расположенные по обе стороны стенки трубы и возникающие вследствие неизбежных радиальных биений торца, вызванных отклонениями при изготовлении труб (допуск на отклонение оси трубы от прямой линии составляет 1 мм на 1 м длины). Уходящие в боковые зазоры вода и грунт освобождают путь для опускания трубы. Одной из проблем при осуществлении способа является проблема выбора скорости вращения, которая обеспечивает стабильность кольцевой зоны нагрева для непрерывного погружения сваи. Решение указанной проблемы частично обеспечивается изобретением по 25 патенту РФ 2109881, Е 02 D 7/22, 1998. Однако скорость вращения трубы, определяемая в соответствии с решением по данному патенту, определяет условия выделения тепла не под торцом сваи, то есть не там, где открывается путь для ее погружения, а в упомянутых выше кольцевых зазорах по обе стороны стенки уже погруженной части трубы. Кроме того, определяемая по приведенной формуле величина скорости является ограничением "сверху", которое необходимо соблюдать для обеспечения смерзания сваи с массивом грунта. Вопрос же о том, какую именно скорость (в диапазоне от нуля до этой верхней ограничивающей величины) целесообразно назначать, остается открытым. Так же остается нерешенным вопрос, насущный для всех видов механической вращательно-поступательной разработки (обработки) твердых сред - вопрос соотношения скорости вращения и скорости подачи. Осевую подачу определяют из условия выделения тепла в торцевой зоне трения, то есть в зоне контакта нижнего торца трубы с кольцевой поверхностью в грунте, а также из условия необходимости постоянного поддерживания этого контакта. Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа погружения в вечномерзлый грунт трубчатой сваи с выдерживанием скорости осевой подачи и скорости вращения в определенных пределах. В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет создания способа погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, который содержит вращение сваи с образованием кольцевой зоны нагрева с одновременной осевой подачей сваи с приложением к ней вдавливающей нагрузки, и отличается тем, что осевую подачу сваи регулируют из соотношения:
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199627/2199627-1t.gif)
где h - осевая подача, мм/об;
Р - осевое усилие, кгс;
f - коэффициент трения стали о грунт;
k - термический эквивалент работы, кал/кгм;
k1 - удельная теплоемкость льда, кал/г град;
to - температура мерзлого грунта, oC;
k2 - теплота плавления льда, кал/г;
q - удельная масса льда, г/мм3;
kL - коэффициент льдистости мерзлого грунта;
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/697.gif)
Способ реализуют следующим образом. С помощью бурильной машины устанавливают на поверхность грунта трубчатую сваю и выравнивают ее относительно заданной оси погружения. Затем сваю приподнимают и начинают вращать с определенной расчетной скоростью, метод определения которой будет описан ниже. Далее производят осевую подачу трубчатой сваи, величину которой определяют из соотношения:
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199627/2199627-2t.gif)
где h - осевая подача, мм/об;
Р - осевое усилие, кгс;
f - коэффициент трения стали о грунт;
k - термический эквивалент работы, кал/кгм;
k1 - удельная теплоемкость льда, кал/г град;
tо - температура мерзлого грунта, oC;
k2 - теплота плавления льда, кал/г;
q - удельная масса льда, г/мм3;
kL - коэффициент льдистости мерзлого грунта;
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
W=C
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199627/2199627-3t.gif)
где С - заданная производительность погружения, мм/мин;
h - осевая подача, мм/об. Полученную расчетным путем величину скорости W вращения сравнивают с максимальной допустимой расчетной величиной, получаемой по формуле, приведенной в РФ 2109881. При соблюдении указанного условия производят заглубление трубчатой сваи путем ее вращения с указанной расчетной скоростью и осевой подачей указанной расчетной величины. В том случае, если расчетная скорость вращения превышает максимальную допустимую расчетную величину, используют способы увеличения расчетной величины осевой подачи путем воздействия на параметры Р, f и/или
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/948.gif)
![способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, патент № 2199627](/images/patents/271/2199002/697.gif)
Класс E02D7/22 погружение ввинчиванием