устройство для формирования в грунте набивной сваи

Формула изобретения

1. Устройство для формирования в грунте набивной сваи, содержащее ударный узел с рабочим органом-формообразователем, смонтированным в передней части ударного узла в виде заостренного цилиндрического тела, имеющего контур с чередующимися участками с вогнутой и выпуклой поверхностями, отличающееся тем, что рабочий орган-формообразователь состоит из двух элементов с коническими поверхностями на внешней передней их поверхности, разнесенными друг относительно друга вдоль продольной оси устройства, и посадочными поверхностями, размещенными на внешней поверхности в хвостовой части переднего элемента и на внутренней поверхности заднего элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задний элемент рабочего органа-формообразователя выполнен составным из нескольких продольных секторов, соединенных между собой гибкой связью, причем один из секторов соединен с корпусом ударного узла.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оба элемента рабочего органа-формообразователя выполнены с коническими поверхностями, расположенными в хвостовой части обоих элементов, причем коническая поверхность переднего элемента охватывает и коническую поверхность заднего элемента.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к строительной технике и предназначено для формирования в грунте набивных свай, устройства свайных фундаментов, создания подпорных стенок, укрепления откосов, создания оснований под полы по грунту.

Известно устройство по авт. свид. СССР №214413, кл. Е 02 f 84 d 15/16, включающее ударный узел, состоящий из продольных секций, соединенных между собой и пневмопробойником гибкой связью, для извлечения расширителя из образованной скважины.

Недостатками известного устройства являются невозможность образования скважины с фигурным контуром стенок, что резко снижает эффективность (удельную несущую способность) образованной в этой скважине сваи, а также низкая эксплуатационная надежность работы устройства из-за наличия специального элемента фиксации продольных секций кольца, крепящегося на наружной боковой поверхности расширителя, которое при проходке скважины может заклиниться грунтовыми частицами и не позволит разделиться расширителю на отдельные продольные секции, что, в свою очередь, не позволит извлечь устройство на поверхность.

Известно устройство для расширения скважин в грунте по патенту РФ №2109910, кл. Е 21 В 7/28, опубл. БИ №12, 1998 г., включающее пневмопробойник (ударный узел) и расширитель, выполненный в виде продольных секций, соединенных между собой и с пневмопробойником при помощи гибких связей и взаимодействующих при осевом перемещении с упорным буртом корпуса пневмопробойника. Элемент радиальной фиксации продольных секций расширителя выполнен с поверхностью, охватывающей поверхность меньшей ступени продольных секций расширителя.

Недостатком известного устройства является невозможность проходки скважин с фигурным контуром ее стенок, что резко снижает эффективность (удельную несущую способность) образованной в этой скважине сваи.

Наиболее близким аналогом-прототипом является устройство для формирования в грунте набивной сваи по патенту РФ №2126072, кл. E 02 D 5/36, опубл. БИ №4, 1999 г., содержащее ударный узел с рабочим органом-формообразователем, смонтированным в передней части ударного узла в виде заостренного цилиндрического тела. Формообразователь выполнен звездообразным, а его контур имеет чередующие участки с вогнутой и выпуклой поверхностями.

Недостатком рассмотренного устройства является длительный период времени извлечения его из скважины, т.к. это можно осуществить только за счет его обратного хода (реверса), что приводит к быстрому износу устройства. Другим недостатком является сложность повторной проходки по скважине с фигурным контуром, т.к. при этом необходимо точно направить устройство таким образом, чтобы впадины и выступы контура скважины совпали с впадинами и выступами расширителя (известное устройство также предназначено для повторной проходки, но по скважине с круглым сечением, и не содержит элементов конструкции, обеспечивающих повторную проходку по скважине с фигурным контуром, чтобы совпали соответствующие выступы и впадины скважины и расширителя).

Технической задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является повышение эффективности процесса проходки скважины с фигурным контуром сечения под сваю.

Эта задача решается за счет того, что в устройстве для формирования в грунте набивной сваи, содержащем ударный узел с рабочим органом-формообразователем, смонтированным в передней части ударного узла, в виде заостренного цилиндрического тела, имеющего контур с чередующимися участками с вогнутой и выпуклой поверхностями, согласно изобретению, формообразователь состоит из двух элементов с коническими поверхностями на каждом, которые разнесены друг относительно друга вдоль продольной оси устройства, и посадочными поверхностями в хвостовой части переднего элемента и на внутренней поверхности заднего элемента.

Такое выполнение конструкции обеспечивает удобство направления устройства при повторной проходке (при его запуске в скважину с дневной поверхности), кроме того, в процессе повторной проходки устройство не вращается, т.е. происходит расширение соответственно выступов и впадин, что уменьшает энергоемкость процесса, а следовательно, повышает скорость проходки.

Целесообразно задний элемент рабочего органа формообразователя выполнять составным из нескольких продольных секторов, соединенных между собой гибкой связью (тросом), причем один из секторов соединен с корпусом ударного узла.

Подобное выполнение конструкции устройства позволяет извлекать его из скважины с помощью лебедки (только на части длины, определяемой длиной цилиндрической поверхности переднего цельного элемента расширителя с использованием реверса устройства), что повышает скорость повторной проходки и долговечность устройства.

Целесообразно также оба элемента рабочего органа-формообразователя выполнять с коническими поверхностями, расположенными в хвостовой части обоих элементов, причем коническая поверхность переднего элемента охватывает коническую поверхность заднего.

Такое выполнение конструкции устройства обеспечивает цельность обоих элементов расширителя при проходке скважины, а при извлечении устройства из скважины задняя часть распадается, обеспечивая его извлечение лебедкой, т.к. передняя часть расширителя имеет заведомо меньший диаметр, чем его задняя часть.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами.

На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства для формирования в грунте набивной сваи, расширитель которого показан в продольном сечении; фиг.2 - вид по стрелке А; фиг.3 - схема извлечения устройства из скважины.

Устройство для формирования в грунте набивной сваи содержит ударный узел 1, в качестве которого может быть широко использован известный пневмопробойник, а также труба с навесным ударным устройством с режимом реверса. На передней части корпуса ударного узла 1 смонтирован рабочий орган-формообразователь 2, имеющий цилиндрическую форму. Передний контур последнего выполнен с чередующимися участками с вогнутой 3 и выпуклой 4 поверхностями (фиг.2). Рабочий орган-формообразователь 2 состоит из двух элементов, переднего 5 и заднего 6, у которых имеются конические поверхности, соответственно 7 и 8, разнесенные друг относительно друга вдоль продольной оси устройства, а также посадочные поверхности 9 и 9', одна из которых 9 размещена в хвостовой части переднего элемента 5, а другая - в передней части заднего элемента 6. Посадочные поверхности 9 и 9' имеют различный диаметр, т.е. между ними имеется зазор.

Задний элемент 6 рабочего органа-формообразователя 2 выполнен из нескольких продольных секторов 10, 11, 12, соединенных между собой тросами 13, 14. Такой же гибкой связью 15 он соединен с передним элементом составного рабочего органа-формообразователя 2.

Передний 5 и задний 6 элементы рабочего органа-формообразователя 2 выполнены с коническими поверхностями 16, 16' (посадочные поверхности), расположенными в хвостовой части обоих элементов, при этом коническая поверхность 16 переднего элемента 5 охватывает коническую поверхность заднего элемента 6.

В конструкции каждый продольный сектор 10, 11, 12 имеет одну из поверхностей выпуклую 4 или вогнутую 3. Количество продольных секторов может быть три или четыре.

Принцип работы предлагаемого устройства следующий.

Для выполнения первой проходки на корпусе ударного узла 1 монтируется передний элемент 5 рабочего органа-формообразователя 2, не имеющего посадочную поверхность (на чертежах не показан), т.е. укороченный по длине элемент 5. В этом случае после проходки образуется скважина, стенки которой имеют фигурный контур с чередующимися выступающими и вогнутыми поверхностями.

Затем в образованную скважину помещают устройство, показанное на фиг.2. При этом передний элемент 5 рабочего органа-формообразователя 2 устанавливается в скважине таким образом, чтобы выпуклые 4 и вогнутые 3 поверхности рабочего органа-формообразователя 2 совпали соответственно с выпуклыми и вогнутыми поверхностями стенки скважины. По поверхности переднего элемента 5 рабочего орагана-формообразователя 2 происходит сцепление устройства с грунтом, т.е. образующиеся силы трения компенсируют силу отдачи при работе ударного узла 1. Коническая поверхность 8 заднего элемента 6 рабочего органа-формообразователя 2 радиально раздвигает грунт, уплотняя его, и тем самым расширяет полость скважины в грунте. При этом секторы 10, 11, 12 раздвигают грунт на одинаковое или различное расстояние от продольной оси скважины с попеременно чередующимися выпуклыми 4 и вогнутыми 3 поверхностями.

Создаваемая на конической поверхности 8 сила сопротивления со стороны грунта удерживает все продольные секторы 10, 11, 12 в собранном виде, как показано на фиг.1. Кольцевая коническая поверхность 16 переднего элемента 5 рабочего органа-формообразователя 2 функционально служит упором для заднего элемента 6 и одновременно удерживает продольные его секторы 10, 11, 12 от самопроизвольного разъединения. Для этого коническая поверхность 16 переднего элемента 5 охватывает коническую поверхность 16' заднего элемента 6. При этом коническая поверхность 16 препятствует перемещению заднего элемента 6 рабочего органа-формообразователя 2 от действия силы сопротивления со стороны грунта.

После проходки скважины на заданную глубину тросом 17 извлекают ударный узел 1, а за ним последовательно продольные секторы 12, 11 и 10, используя при этом лебедку (на чертежах не показано), закрепленную на поверхности.

Размер секторов и диаметр переднего элемента 5 меньше размера скважины, поэтому устройство свободно извлекается из нее. Целесообразно перед подъемом устройства, используя реверс, поднять его на длину цилиндрической поверхности. В этом случае обжатие по цилиндрической поверхности переднего элемента 5 не будет препятствовать подъему устройства.

При достаточно мощном ударном узле 1 и сравнительно небольшом диаметре скважины предложенным устройством можно проходить скважины с одной проходкой. В этом случае радиальное перемещение грунта происходит в два этапа: сначала конические поверхности ударного узла 1 и 7 - переднего элемента 5 рабочего органа-формообразователя 2 радиально сдвигает грунт, а затем коническая поверхность 8 заднего элемента рабочего органа-формообразователя 2 раздвигают грунт. Принцип работы устройства в этом случае и его извлечение из скважины идентичны описанному выше.

Так как в заявленном устройстве передний элемент 5 закреплен к ударному узлу 1 по посадочной конической поверхности с углом, меньшим угла трения металла о металл, то, как показала практика, при небольших усилиях подъема демонтаж этих элементов конструкции не происходит.