устройство для возведения буронабивной сваи

Формула изобретения

1. Устройство для возведения буронабивной сваи, состоящее из металлического каркаса, раскатчика с конусными катками, полой бурильной колонны с наконечником, отличающееся тем, что раскатчик жестко соединен с металлическим каркасом, при этом верхняя часть раскатчика имеет вид усеченного конуса, образующая которого выполнена в виде кривой второго порядка, а наконечник жестко связан с полой бурильной колонной и размещен на ее нижнем конце, при этом арматурные прутки металлического каркаса жестко связаны с монтажными кольцами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наконечник имеет, по крайней мере, два плеча, шарнирно установленные в продольных пазах корпуса с возможностью вращения на своих осях и перемещения к центру скважины в транспортном положении.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на боковой поверхности наконечника имеется, по крайней мере, две полости, соединенные с внутренней полостью наконечника.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внешней поверхности монтажных колец, связывающих арматурные прутки металлического каркаса, жестко смонтированы центрирующие элементы, расположенные попарно вразбежку, при этом каждая последующая пара лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости предыдущей пары.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к укреплению слабых грунтов, и может быть использовано при строительстве промышленных и гражданских объектов как при возведении новых фундаментов, так и при усилении старых, поврежденных или требующих реконструкции фундаментов.

Известен способ возведения набивной сваи, включающий образование скважины в грунте за счет принудительного оттеснения грунта без выноса его на поверхность с помощью бурильной колонны с наконечником, который оставляют в скважине, подачу твердеющей смеси осуществляют одновременно с погружением наконечника, принудительно внедряют твердеющий материал в стенки скважины, создавая избыточное давление в зонах слабых грунтов, причем бурильная колонна состоит из буровых штанг с отдельными шнековыми секторами, а буровая штанга перед наконечником выполнена в виде шнека, наконечник состоит из жестко соединенных между собой конических и цилиндрических катков (Патент RU № 2278212, кл. E02D 5/36, опубл. 2006).

Главный недостаток данного способа возведения набивной сваи заключается в необходимости установки металлического каркаса после извлечения бурового снаряда из скважины. При такой технологии изготовления сваи невозможно обеспечить установку каркаса строго по оси скважины, а следовательно и обеспечить равномерную толщину оболочки из твердеющего материала вокруг каркаса, что значительно снижает прочностные характеристики сваи.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ и устройство для возведения сваи, состоящее из металлического каркаса, раскатчика с конусными катками, полой бурильной колонны с наконечником (Патент RU № 2238366, кл. E02D 5/34, опублик. 2004 г.).

Недостатками данного устройства являются: необходимость использования тяжелого бурового оборудования, обеспечивающего значительные осевые усилия для внедрения трубы с наконечником в грунт без вращения, что практически делает невозможным его использование в стесненных условиях, например в подвалах зданий. Перфорация инъекционных труб по всей длине сваи довольно трудоемкая работа, что значительно удорожает стоимость сваи.

Технический результат, ожидаемый от использования изобретения, заключается в обеспечении возможности возведения буронабивной сваи, в том числе с применения малогабаритного бурового оборудования в стесненных условиях, при высоком качестве возводимой сваи.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для возведения буронабивной сваи, состоящем из металлического каркаса, раскатчика с конусными катками, полой бурильной колонны с наконечником, раскатчик жестко соединен с металлическим каркасом, при этом верхняя часть раскатчика имеет вид усеченного конуса, образующая которого выполнена в виде кривой второго порядка, а наконечник жестко связан с полой бурильной колонной и размещен на ее нижнем конце, при этом арматурные прутки металлического каркаса жестко связаны с монтажными кольцами. И тем, что наконечник имеет, по крайней мере, два плеча, шарнирно установленные в продольных пазах корпуса с возможностью вращения на своих осях и перемещения к центру скважины в транспортном положении, а так же тем, что на боковой поверхности наконечника имеется, по крайней мере, две полости, соединенные с внутренней полостью наконечника. И тем, что на внешней поверхности монтажных колец, связывающих арматурные прутки металлического каркаса, жестко смонтированы центрирующие элементы, расположенные попарно в разбежку, при этом каждая последующая пара лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости предыдущей пары.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство в рабочем положении с наконечником в разрезе, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - устройство в транспортном положении.

Устройство для возведения буронабивной сваи состоит из металлического каркаса 1, раскатчика с коническими катками 2, полой бурильной колонны 3 и наконечника 4 (фиг.1). Раскатчик 2 жестко соединен с металлическим каркасом 1, при этом верхняя часть раскатчика 2 имеет вид усеченного конуса 5, образующая которого 6 выполнена кривой второго порядка. В нижней части наконечника 4 имеются, по крайней мере, два продольных паза 7, в которых шарнирно с возможностью вращения на осях 8 размещены плечи 9, а так же на боковой поверхности имеются, по крайней мере, две полости 10, соединенные с внутренней полостью 11 наконечника 4. Арматурные прутки металлического каркаса 1 жестко связаны монтажными кольцами 12, к которым жестко попарно присоединены центрирующие элементы 13 (фиг.2), расположенные в разбежку на некотором расстоянии друг от друга, при этом каждая последующая пара центрирующих элементов лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости предыдущей пары.

Устройство работает следующим образом. Буровой агрегат (на фиг.1 и 3 не показан) устанавливают на точку под будущую сваю. К полой бурильной колонне 3 при помощи резьбы подсоединяют наконечник 4, образуя буровой снаряд, который подсоединяется к вращателю бурового агрегата.

Собранный буровой снаряд пропускают внутрь металлического каркаса 1 до упора нижнего торца наконечника 4 в торец усеченного конуса 5 верхней части раскатчика 2. При этом плечи 9 наконечника 4, вращаясь на осях 8, свободно скользят по образующей 6 усеченного конуса 5 верхней части раскатчика 2 и выходят из продольных пазов 7, выступая за пределы арматурных прутьев металлического каркаса 1. Затем начинают вращать устройство с приложением осевого усилия к буровому снаряду 3. Крутящий момент от вращателя бурового станка передается на арматурные прутья металлического каркаса 1 при помощи плечей 9 наконечника 4, которые по мере вращения наконечника 4 упрутся в арматурные прутья (фиг.1). А так как металлический каркас 1 жестко связан с раскатчиком 2, то последний начинает вращаться вместе с ним и при передачи осевого усилия от наконечника 4 раскатчику 2 начинается процесс бурения пилотной скважины без выноса грунта на поверхность.

Необходимо особо отметить тот факт, что и крутящий момент и осевое усилие при вращательном бурении пилотной скважины, прилагаемые к нижнему торцу металлического каркаса 1, исключают его деформацию, т.к. остальная часть металлического каркаса 1 подвержена незначительным нагрузкам, возникающим от трения центрирующих элементов о стенки скважины, что исключает необходимость применения каркаса высокой жесткости, а следовательно, и высокой стоимости.

При вращении и осевом поступательном движении бурового снаряда 3 раскатчик 2 внедряется в грунт, вминая в стенки скважины грунт, выдавливаемый из под раскатчика 2, тем самым уплотняя и повышая их устойчивость, что весьма важно при бурении скважины в слабоустойчивых грунтах. Центрирующие элементы 13 удерживают металлический каркас 1 строго по оси скважины, что в дальнейшем обеспечит равную толщину оболочки из твердеющего материала вокруг металлического каркаса 1 и не изменит прочностных характеристик сваи.

По достижении проектной глубины скважины начинают подъем бурового снаряда 3 на поверхность, оставляя раскатчик 2 в скважине. При подъеме бурового снаряда 3 плечи 9 наконечника 4, войдя в контакт с монтажными кольцами 12, связывающие прутья металлического каркаса 1, вращаясь на осях 8, перемещаются к центру скважины и свободно проходят внутри полости металлического каркаса 1 (фиг.3). Одновременно с началом подъема бурового снаряда 3 начинают подачу твердеющей смеси в освобождающуюся полость пилотной скважины, которая изливается через полости 10 на боковой поверхности наконечника 4, т.к. эти полости связаны с внутренней полостью 11 наконечника 4.

Необходимо особо отметить то, что при такой конструкции устройства имеется возможность подавать твердеющую смесь в скважину с определенным давлением при прохождении участков скважины с различной устойчивостью ее стенок, т.е. в интервалах скважины со слабо устойчивыми грунтами создавать повышенное давление, обеспечивая более глубокое проникновение твердеющей смеси в стенки скважины.

Таким образом, предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества перед известными:

1. Приложение крутящего момента и осевого усилия от бурового снаряда к нижней части металлического каркаса исключает возможность его деформации при проходке пилотной скважины.

2. Обеспечивается надежная центрация металлического каркаса относительно оси скважины и равномерная толщина оболочки из твердеющего материала вокруг каркаса.

3. Обеспечивается возможность сооружения буронабивных свай малогабаритным буровым оборудованием, в том числе в стесненных условиях строительных площадок и при усилении ранее возведенных фундаментов.