устройство для образования глухих скважин

Формула изобретения

Устройство для образования глухих скважин, включающее пневмопробойник, имеющий на наружной поверхности фиксирующий бурт с кольцевым углублением на переднем торце, разъемный на продольные секции расширитель с фиксирующим выступом на каждой из них, приспособленным для взаимодействия с кольцевым углублением фиксирующего бурта, гибкие связи, соединяющие продольные секции с пневмопробойником, отличающееся тем, что фиксирующий выступ размещен на внутренней стороне продольной секции и смещен от заднего конца продольной секции к ее передней части.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для глубинного уплотнения грунтов, устройства набивных свай, ремонта и реконструкции оснований и фундаментов.

Известен расширитель для пневмопробойника по авторскому свидетельству СССР 214413, Е 02 f, 1966 г. Расширитель выполнен составным из продольных секций, образующих тело вращения с центральным каналом, в который входит пневмопробойник. От смещения назад продольные секции расширителя удерживаются на пневмопробойнике упорным буртом, имеющимся на наружной поверхности пневмопробойника. От распада в радиальном направлении продольные секции удерживаются упругим кольцом, размещенным в кольцевой канавке на наружной поверхности суженной передней части расширителя. Продольные секции последовательно соединены между собой и с пневмопробойником гибкой связью. После заглубления пневмопробойника с расширителем в грунт до требуемой отметки пневмопробойник реверсирует. В режиме реверса пневмопробойник выходит из лидирующей части скважины и из центрального канала расширителя, после чего реверс выключают и пробойник в выключенном состоянии тросом свободно извлекают на поверхность. Следом за ним с помощью гибких связей из скважины последовательно извлекают продольные секции расширителя. Таким образом, длительность работы пневмопробойника в режиме реверса значительно уменьшается, что повышает его долговечность.

Недостатком данного устройства является низкая эксплуатационная надежность. Это обусловлено противоречивостью требований, предъявляемых к упругому кольцу, скрепляющему продольные секции. С одной стороны, при внедрении расширителя в грунт упругое кольцо должно быть жестким, чтобы удержать продольные секции от раскрытия подобно зонтику. С другой стороны, при извлечении продольных секций из скважины жесткое кольцо, сидящее в канавке, препятствует их разъединению. Для лучшей разборки расширителя упругое кольцо должно быть мягким. Удовлетворить оба требования на практике не удается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для расширения скважин по Российскому патенту 2109910, Е 21 В 7/28, 1996 г. Устройство содержит разъемный расширитель и пневмоотбойник с фиксирующим буртом на его наружной поверхности. На переднем торце фиксирующего бурта выполнено кольцевое углубление. Разъемный расширитель состоит из продольных секций и имеет центральный канал, в который входит пневмопробойник. Продольные секции последовательно соединены между собой и с пневмопробойником гибкой связью. Наружная поверхность каждой продольной секции расширителя выполнена двухступенчатой. Малая ступень представляет собой фиксирующий выступ на задней торцевой стенке продольной секции. При продвижении пневмопробойника вперед фиксирующий выступ входит в кольцевое углубление фиксирующего бурта. Таким образом, фиксирующий выступ и фиксирующий бурт образуют фиксирующий узел, который обеспечивает как осевую, так и радиальную фиксацию продольных секций расширителя на пневмопробойнике. При реверсировании пневмопробойник выходит из центрального канала расширителя, и фиксирующий бурт перестает удерживать продольные секции. После этого они свободно в соответствии с последовательностью соединения гибкими связями извлекаются вслед за пневмопробойником тросом из скважины. Никаких конструктивных элементов, затрудняющих извлечение продольных секций, здесь нет.

Недостатком такого устройства остается недостаточно высокая сопротивляемость радиальному выворачиванию продольных секций расширителя. При движении пневмопробойника в грунте мелкие твердые включения вдавливаются в кольцевой зазор между корпусом пневмопробойника и передней кромкой расширителя. Появляется радиальная сила, стремящаяся оттянуть переднюю часть продольной секции от корпуса пневмопробойника. Препятствовать этому может боковое давление грунта на наружную поверхность расширителя. Однако на начальной стадии внедрения расширителя в грунт такое давление отсутствует. Остается только противодействие со стороны фиксирующего бурта. Но он максимально удален от передней кромки расширителя, где находится источник радиального воздействия. Это создает предельно неблагоприятное соотношение плеч для противодействия выворачиванию продольной секции, фиксирующий узел может оказаться перегруженным и продольная секция вывернутой.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве, заключается в повышении надежности работы расширителя.

Предлагается устройство для образования глухих скважин, включающее пневмопробойник, имеющий на наружной поверхности фиксирующий бурт с кольцевым углублением на переднем торце, а также разъемный на продольные секции расширитель. Каждая продольная секция имеет фиксирующий выступ, приспособленный для взаимодействия с кольцевым углублением фиксирующего бурта. Продольные секции имеют гибкие связи, соединяющие их с пневмопробойником.

Поставленная техническая задача решается тем, что фиксирующий выступ размещен на внутренней стороне продольной секции и смещен от заднего конца продольной секции к ее передней части. Благодаря такому исполнению устройства создается возможность качественно изменить схему нагружения продольной секции расширителя и условия работы фиксирующего бурта. Размещение фиксирующего выступа на внутренней стороне продольной секции позволяет сместить фиксирующий выступ из крайнего заднего положения вперед. Соответственно при отрыве продольной секции фиксирующий бурт начинает работать уже не как элемент заделки консольной балки, а как одна из двух удерживающих ее опор. Это резко снижает нагрузку на фиксирующий узел и повышает надежность устройства.

Примеры возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения иллюстрируются чертежами на фиг.1-4. На фиг.1-2 представлен общий вид устройства. На фиг.3 - вариант исполнения с дополнительным опорным буртом. На фиг.4 изображен вариант, обеспечивающий получение местного расширения в передней части скважины. На левой половине чертежа изображение соответствует начальной стадии реверсирования пневмопробойника, на правой половине изображение соответствует заключительной фазе выхода пневмопробойника из расширителя.

Устройство (фиг.1, 2) содержит пневмопробойник 1, на наружной поверхности которого имеется фиксирующий бурт 2. На переднем торце фиксирующего бурта 2 выполнено кольцевое углубление 3. Пневмопробойник 1 охватывают продольные секции 4 (на левой половине чертежа фиг.1 продольная секция обозначена штриховым контуром), которые образуют составной расширитель. Каждая продольная секция имеет на внутренней стороне фиксирующий выступ 5, входящий в углубление 3 на фиксирующем бурте 2. Продольные секции 4 соединены с пневмопробойником гибкими связями 6. При движении пневмопробойника 1 вперед продольные секции 4 надежно удерживаются на его корпусе за счет зацепления фиксирующего выступа 5 за фиксирующий бурт 2 и обеспечивают расширение лидерной скважины, образуемой носовой частью пневмопробойника 1. После реверсирования пневмопробойника фиксирующие элементы 2 и 5 пневмопробойника 1 и продольных секций 4 выходят из зацепления, продольные секции 4 освобождаются, пневмопробойник выходит из расширителя в широкую часть скважины и может свободно вытягиваться на поверхность тросом уже без использования ударных воздействий. Вслед за ним после натяжения гибких связей 6 извлекаются продольные секции 4. Гибкие связи могут обеспечивать параллельное, последовательное либо комбинированное соединение секций между собой и с пневмопробойником.

Возможно (фиг.3) выполнение пневмопробойника 1 с дополнительным опорным буртом 7 для опоры задней части 8 продольной секции 4. Такое исполнение целесообразно при значительном удалении задней части 8 продольной секции 4 от фиксирующего выступа 5. Чем больше это расстояние, тем меньше радиальная нагрузка на фиксирующий бурт 2 и фиксирующий выступ 5. Чертеж на фиг.3 наглядно показывает, что размещение фиксирующего выступа 5 на внутренней стороне продольной секции 4 позволяет сместить его к передней части секции и создает такую схему силового взаимодействия элементов системы "грунт - секция - пневмопробойник", при которой обеспечивается надежное противодействие выворачиванию секции, в т.ч. и на начальной стадии внедрения расширителя в грунт, когда обжатие его грунтом еще отсутствует. Если наружный диаметр опорного бурта 7 будет меньше диаметра фиксирующего бурта 2, то фиксирующий бурт 2 при реверсе пневмопробойника 1, выйдя из зацепления с фиксирующими выступами 5, раздвинет продольные секции 4, и в скважине образуется местное расширение. Это позволяет формировать сваи с уширенной передней частью, обладающие повышенной несущей способностью. На фиг.4 представлен предельный случай, когда наружный диаметр опорного бурта 7 равен наружному диаметру пневмопробойника 1, опорный бурт как таковой вырождается и задняя часть 8 продольной секции 4 опирается непосредственно на корпус пневмопробойника 1. На левой половине чертежа устройство изображено в начальной стадии реверсирования пневмопробойника. На правой половине - после выхода фиксирующего бурта 2 из расширителя. В этом случае продольные секции 4 раздвигаются и вдавливаются в грунт на наибольшую величину, равную высоте фиксирующего бурта 2.

Приведенные примеры исполнения устройства показывают, что размещение фиксирующего выступа на внутренней стороне продольной секции и смещение фиксирующего выступа от заднего конца продольной секции к ее передней части позволяет повысить надежность устройства и расширить его технологические возможности.