смесительно-буровое долото

Формула изобретения

Смесительно-буровое долото, включающее полый корпус, снабженный, по меньшей мере, одним отверстием для подачи технологических составов, забурник и, по меньшей мере, две лопасти с передними режущими кромками, отличающееся тем, что каждая лопасть закреплена на полом корпусе с возможностью ограниченного поворота, причем геометрическая ось поворота каждой лопасти смещена относительно центра тяжести площади поверхности лопасти в сторону передней режущей кромки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и касается улучшения и упрочнения слабых грунтов в основаниях зданий и сооружений с помощью струйной технологии, а также может быть использовано для изготовления грунтобетонных свай, преимущественно, в слабых, глинистых грунтах.

Известно смесительно-буровое долото для упрочнения грунта и изготовления грунтобетонных свай, включающее полый корпус, снабженный, по меньшей мере, одним отверстием для подачи технологических составов, забурник и, по меньшей мере, две лопасти с передними режущими кромками (а.с. СССР №996628 «Устройство для изготовления грунтобетонных свай», МПК E 02 D 5/36, опубл.15.02.83, бюл.№6).

В известном устройстве лопасти жестко закреплены на полом корпусе под углом к горизонтальной плоскости, а само устройство крепится на буровой штанге с помощью специального крепежного соединения.

Для упрочнения грунта с помощью известного устройства его погружают в грунт, сообщая ему вращательное и поступательное движение от привода базовой машины и, таким образом, ввинчивают его в грунт до отметки головы изготовляемой сваи, после чего включают систему подачи технологического состава, который поступает через выходные отверстия в грунт, при этом лопасти совершают подрезку грунта, и перемешивание его с технологическим составом. При достижении проектной отметки систему подачи технологического состава отключают и начинают извлекать устройство, сообщая ему для этого обратное направление вращения.

Для крепления известного устройства к буровой штанге и соединения между собой отдельных ее элементов используют сложные крепежные соединения, которые не позволяют соединяемым элементам раскручиваться при изменении направления вращения устройства.

Недостатком известного устройства является то, что для его извлечения из грунта необходимо изменить направление его вращения, что, в свою очередь, требует применения сложных крепежных соединений для крепления известного устройства на буровой штанге, а также соединения отдельных секций буровой штанги между собой.

Этот недостаток обусловлен большим сопротивлением грунта, приходящимся на поверхности лопастей при извлечении устройства, для уменьшения которого устройству придают противоположное направление вращения.

Это приводит к повышению сложности и трудоемкости эксплуатации известного устройства.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача создания такого смесительно-бурового долота, применение которого обеспечило бы извлечение устройства из грунта без изменения направления его вращения, что, в свою очередь, позволило бы исключить необходимость использования сложного крепежного соединения для крепления устройства на буровой штанге и соединения отдельных секций буровой штанги между собой и, тем самым, снизить трудоемкость и упростить эксплуатацию заявляемого устройства.

Поставленная задача решается тем, что смесительно-буровом долоте, включающем полый корпус, снабженный, по меньшей мере, одним отверстием для подачи технологического состава, забурник и, по меньшей мере, две лопасти с передними режущими кромками, согласно изобретению, каждая лопасть закреплена на полом корпусе с возможностью ограниченного поворота, причем геометрическая ось поворота каждой лопасти смещена относительно центра тяжести площади поверхности лопасти в сторону передней режущей кромки.

Закрепление лопастей на полом корпусе с возможностью ограниченного поворота таким образом, что геометрическая ось поворота каждой лопасти смещена относительно центра тяжести площади поверхности лопасти в сторону передней режущей кромки, обеспечивает возможность изменения наклона лопастей, обусловленное изменением направления давления грунта на лопасти при погружении или извлечение заявляемого устройства, что, в свою очередь, позволяет извлечь устройство из грунта без изменения направления его вращения.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием его выполнения со ссылками на чертежи, на которых:

на фиг.1 - смесительно-буровое долото (общий вид);

на фиг.2 - смесительно-буровое долото (вид с спереди с местным разрезом);

на фиг.3 - лопасть (вид сверху).

Смесительно-буровое долото включает полый корпус 1 (фиг.1), который снабжен, по меньшей мере, одним отверстием 2 для подачи технологических составов, забурник 3 и, по меньшей мере, две лопасти 4 с передними режущими кромками 5.

Каждая лопасть 4 закреплена на полом корпусе 1 с возможностью ограниченного поворота, причем геометрическая ось поворота O-O (фиг.3) каждой из лопастей 4 смещена относительно центра тяжести площади G поверхности лопасти 4 в сторону передней режущей кромки 5 на расстояние t, не равное нулю.

Таким образом, лопасти 4 выполнены так, что геометрическая ось поворота O-O делит их на две неравные по площади части S₁ и S₂, при этом площадь передней части S₁ лопастей 4 с передней режущей кромкой 5 меньше, чем задняя часть S₂.

Каждая лопасть 4 устанавливается на корпусе 1 (фиг.2) с помощью оси 6. Конкретная форма выполнения оси 6 не имеет принципиального значения и может быть реализована, например, в виде вращающейся или неподвижно закрепленной на корпусе 1 оси, общей для нескольких лопастей 4, или раздельной, для каждой допасти 4 отдельно.

Максимальный угол поворот лопастей 4 ограничен упорами 7 и находится в интервале ±35°.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 устройства устанавливают на поверхность грунта, при этом лопасти 4 принимают горизонтальное положение.

Затем устройство погружают в грунт до отметки головы изготовляемой сваи, после чего включают систему подачи технологического состава, который, проходя через полый корпус 1, поступает через выходные отверстия 2 в грунт, и продолжают погружение устройства до проектной отметки, при этом лопасти 4 совершают подрезку грунта и перемешивание его с технологическим составом.

При погружении заявляемого устройства ему сообщают вращательное и направленное вниз поступательное движение от привода базовой машины (на чертежах не показан), при этом лопасти 4 поворачиваются и занимают наклонное положение.

Поворот каждой из лопастей 4 обусловлен действующим на них моментом, возникающим под действия вертикально направленного давления грунта на нижние поверхности лопастей 4, имеющие разные по площади относительно геометрической оси поворота O-O части S₁ и S₂ (таким образом, момент, действующий на каждую из лопастей 4, равен произведению результирующей силы давления грунта на лопасть 4, которая приложена в точке, совпадающей с центром тяжести площади G лопасти 4, на плечо момента, равное расстоянию t, на которое смещена геометрическая ось O-O поворота лопасти 4 относительно ее центра площади поверхности).

При достижении проектной отметки устройство извлекают из грунта.

Для извлечения заявляемого устройства из грунта ему сообщают вращательное и направленное вверх поступательное движение от привода базовой машины (направление вращения не изменяется относительно направлению вращения при погружении), при этом лопасти 4 поворачиваются и занимают наклонное положение, обратное направлению лопастей при погружении

Поворот каждой из лопастей 4 в обратное положение обусловлен действующим на них моментом, возникающим под действия вертикально направленного давления грунта на верхние поверхности лопастей 4, имеющие разные по площади относительно геометрической оси поворота O-O части S₁ и S₂ (таким образом, момент, как и при погружении, равен произведению равнодействующей силы давления грунта на лопасть 4, приложенной в точке G, на плечо момента, равное расстоянию t).

Во время работы устройства за лопастями 4 образуется свободное от грунта пространство, в которое подают технологический состав. Это позволяет увеличить диаметр грунтобетонного столба за счет того, что подаваемая под давлением струя технологического состава разрушает и перемешивает часть грунта за пределами зоны перемешивания лопастями 4, а также позволяет обеспечить равномерность перемешивания грунта, однородность и равномерность грунтобетонного столба.

Кроме этого, такая подача технологического состава обеспечивает высокую степень смачивания грунта в зоне воздействия на него лопастей, что, в свою очередь, способствует уменьшению сил трения, возникающих при подрезке грунта лопастями заявляемого устройства.

Подача технологического состава может происходить на любом этапе технологического процесса при погружении или извлечении устройства, при этом конкретный состав, рабочее давление и режим подачи определяются исходя из конкретных условий с учетом имеющихся геологических условий и в зависимости от решаемой технологической задачи. В качестве технологического состава может быть использовано, например, цементное молоко, цементно-песчаная, силикатная, полимерная или другая смесь.

Для соединения заявляемого устройства с буровой штангой и соединения между собой ее отдельных частей можно использовать, например, резьбовое соединение (на чертежах не показано), простое в изготовление, эксплуатации и обслуживании, которое не требует для эксплуатации каких либо дополнительных приспособлений или устройств.

Качество перемешивания грунта с технологическим составом регулируется путем изменения давления подаваемого технологического состава, скорости вертикальной подачи устройства и его угловой скорости вращения.

Использование заявляемого устройства обеспечивает возможность извлечения его из грунта без изменения направления его вращения, что, в свою очередь, позволяет исключить использование сложного крепежного соединения для закрепления устройства на буровой штанге и соединения отдельных секций буровой штанги между собой и, тем самым, снизить трудоемкость и упростить эксплуатацию заявляемого устройства.

При использовании заявляемого устройства разрушение и перемешивание грунта происходит двумя способами: механическим - за счет перемешивания грунта лопастям и гидравлического - за счет воздействия подаваемой под давлением струи технологического состава. Эта особенность позволяет увеличить диаметр грунтобетонного столба, а также обеспечивает равномерность перемешивания грунта, однородность и равномерность грунтобетонного столба, что, в свою очередь, способствует улучшению несущих характеристик укрепляемого грунта и изготовляемых с помощью заявляемого устройства грунтоцементных свай.

Предлагаемая конструкция устройства для укрепления слабых грунтов и изготовления грунтобетонных свай проста в изготовлении и удобна при эксплуатации.

Смесительно-буровое долото может быть изготовлено в условиях промышленного производства на стандартном оборудовании с использованием стандартных узлов и комплектующих.

Наибольшая экономическая эффективность от использования заявляемого изобретения возникает при укреплении грунтов в основаниях существующих зданий и сооружений, при укреплении грунтов вблизи существующих зданий и сооружений при больших мощностях просадочных и слабых грунтов.