УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ Российский патент 1996 года по МПК E02D1/00 

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям в целях строительства, в частности к портативным установкам для исследования грунтов.

Известно устройство для исследования грунтов, включающее основание с винтовыми анкерными сваями, полую стойку с продольной прорезью, механизм задавливания с приводом в виде редуктора, установленного в верхней части стойки, ползун, размещенный в полой стойке с возможностью осевого перемещения и взаимодействующий с механизмом задавливания, силовой упор в виде кронштейна, закрепленного на ползуне и установленного в продольной прорези стойки, штанговый захват с приводом вращения, штангу с зондом и силоизмеритель, причем механизм задавливания выполнен в виде зубчатой рейки, установленной с возможностью взаимодействия с шестерней редуктора и шарнирно соединенной с ползуном [1]
Недостатком этого устройства является невозможность развития значительного усилия задавливания, необходимого для зондирования грунтов, из-за низкого передаточного числа редуктора механизма задавливания и возможности потери устойчивости устройства за счет его опрокидывания из-за эксцентриситета между осью задавливаний зонда и стойки с зубчатой рейкой.

Кроме того, устройство не предназначено для наклонного задавливания зондов в целях обследования под фундаментами реконструируемых сооружений, постановка двух винтовых анкерных свай снижает производительность монтажа установки над точкой испытания грунтов, а их суммарная несущая способность неоправданно завышена по сравнению с задавливающими возможностями самой установки.

Устройство позволяет с помощью силоизмерителя фиксировать при зондировании грунта конусным зондом только общее сопротивление грунта зондированию, без разделения его на лобовое и боковое сопротивление, определяемые по требованиям стандартов.

Недостатком устройства является и снижение точности определяемых параметров грунта при прерывистом поступательном движении зонда в грунте за счет остановок при наращивании секций колонны штанг, когда приходится преодолевать существенное статическое трение грунта по ее боковой поверхности в начальный момент зондирования.

Наиболее близким к изобретению из известных является устройство для исследования грунтов, включающее полую анкерную винтовую сваю, колонну штанг с зондом, совмещенную с полостью сваи, механизм задавливания, силовой упор и силоизмеритель [2]
Недостатками устройства являются сложность и громоздкость конструкции, его низкая портативность, неудобство и сложность эксплуатации устройства в стесненных условиях проведения испытания грунтов. Устройство не предназначено для наклонного задавливания зондов в целях обследования оснований под фундаментами pеконстpуиpуемых сооружений. Силоизмеритель устройства позволяет замерять только общее сопротивление грунта зондированию стандартным конусным зондом, при этом из-за остановок поступательного движения зонда при наращивании секций колонны штанг приходится преодолевать существенное статическое трение грунта по ее боковой поверхности, что снижает точность определяемых параметров исследуемого грунта. Точность измерения снижает и непостоянство скорости зондирования из-за неравномерного развития усилия задавливания зонда механизмом задавливания устройства с шарнирно складывающимися в параллелограмм звеньями.

Технический результат изобретения повышение точности и расширении диапазона определяемых параметров исследуемого грунта при его зондировании, повышение портативности при возможности зондирования плотных грунтов за счет развития значительных задавливающих усилий, зондирование грунтов оснований сооружений под углом к вертикали.

Сущность изобретения заключается в том, что для достижения технического результата устройство для исследования грунтов, включающее полую анкерную винтовую сваю, колонну штанг с зондом, совмещенную с полостью сваи, механизм задавливания, силовой упор и силоизмеритель, снабжено приспособлением для извлечения зонда с колонной штанг, пружиной сжатия, а полая анкерная винтовая свая имеет съемную насадку с внутренней резьбовой навивкой и съемные рукоятки вращения, механизм задавливания выполнен в виде полого винтового домкрата, полый винт которого снабжен рукоятками вращения, выполнен с продольной сквозной прорезью на верхнем конце и соединен со съемной насадкой, силовой упор выполнен в виде съемной крышки с отверстием под диаметр колонны штанг и установлен на верхнем конце винта, съемная насадка размещена на верхнем конце полой анкерной винтовой сваи, а силоизмеритель в полости и сквозной прорези винта с возможностью продольного осевого перемещения и связан с зондом через колонны из секций штанг, при этом пружина сжатия установлена между силовым упором и силоизмерителем, а рабочий ход полого винта домкрата равен длине секций колонн штанг. Кроме того, силоизмеритель выполнен в виде жесткой осесимметричной рамки с соосными сквозными отверстиями по вертикальной оси симметрии и установленными в них подвижными штоками с обращенными друг к другу шаровыми опорами, горизонтальными выступами на внутренней поверхности и опорными призмами, размещенными сверху и снизу на выступах между опорными призмами и шаровыми опорами штоков горизонтально установлены поджатые винтами к призмам нижняя и верхняя плоские пружины с горизонтальными пластинами, консольно закрепленными на них и обращенными друг к другу, нижняя плоская пружина выполнена по краям с двумя сквозными отверстиями, одно из которых перекрыто горизонтальной пластиной, на рамке закреплены два деформометра плоских пружин, индикаторные ножки которых проходят через сквозные отверстия нижней плоской пружины и контактируют с консольно свободной поверхностью горизонтальных пластин соответствующих плоских пружин. При этом приспособление для извлечения зонда с колонной штанг выполнено в виде съемной резьбовой гайки с рукояткой вращения, связанной с верхним резьбовым замком колонны штанг, проходящей через отверстие съемной крышки силового упора, а между съемной резьбовой гайкой и крышкой силового упора на колонне штанг установлен опорный подшипник качения.

На фиг. 1 представлено устройство в процессе зондирования грунта конусным зондом; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 разрез А-А фиг. 2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 приспособление для извлечения зонда с колонной совмещенных штанг; на фиг. 6 измеритель.

Устройство для исследования грунтов включает полую анкерную винтовую сваю 1 и соосно установленную в ее полости колонну 2 совмещенных секций наружных и внутренних штанг 3 и 4 длиной l с конусным зондом 5 на нижнем конце. Анкерная свая 1 на верхнем конце посредством шестигранного замка 6 с пальчиковыми фиксаторами 7 связана со съемной насадкой 8 с внутренней резьбовой навивкой 9 и съемными рукоятками вращения 10 в виде полых секций наращиваемой винтовой сваи 1. Устройство снабжено механизмом задавливания в виде полого винтового домкрата 11, полый винт 12 которого посредством резьбы свинчен со съемной насадкой 8, выполнен с продольной сквозной прорезью 13 на верхнем конце и снабжен рукоятками вращения 14, силовой упор механизма задавливания выполнен в виде съемной крышки 15 на верхнем конце полости винта 12, а силоизмеритель 16 устройства установлен в полости и сквозной прорези 13 винта 12 с возможностью продольного осевого перемещения и связан с зондом 5 через совмещенные колонны наружных и внутренних штанг 3 и 4, при этом между силовым упором и силоизмерителем 16 установлен пружина 17 сжатия. Рабочий ход t полого винта 12 домкрата 11 равен длине l секций совмещенных колонн штанг 3 и 4. Причем силоизмеритель 16 (фиг. 6) выполнен в виде жесткой осесимметричной рамки 18 с выступами 19 на внутренней поверхности и соосными сквозными отверстиями 20 по вертикальной оси симметрии. Выступы 19 сверху и снизу снабжены опорными призмами 21, а в сквозных отверстиях 20 рамки 18 установлены подвижные штоки 22 и 23 с обращенными друг к другу шаровыми опорами 24, между опорными призмами 21 и шаровыми опорами 24 штоков 22 и 23 горизонтально установлены поджатые винтами 25 к призмам 21 нити 11 и верхние плоские пружины 26 и 27 с консольно закрепленными на их плоскостях обращенными друг к другу горизонтальными пластинами 28. Нижняя плоская пружина 26 выполнена по краям с двумя сквозными отверстиями 29, одно из которых перекрыто горизонтальной пластиной 28, а на рамке 18 закреплены два деформометра 30 и 31 плоских пружин 26 и 27, индикаторные ножки 32 и 33 которых проходят через сквозные отверстия 29 нижней плоской пружины 26 и контактируют с консольно свободной поверхностью горизонтальных пластин 28 соответствующих плоских пружин 26 и 27. Нижний шток 22 и рамка 18 установлены и опираются соответственно на верхний торец внутренней и наружной колонны штанг 4 и 3. Крышка 15 силового упора выполнена с отверстием 34 под диаметр колонны наружных штанг 3. Верхний резьбовой замок 35 колонны наружных штанг 3 снабжен съемной резьбовой гайкой 36 с рукояткой вращения 37, а между съемной резьбовой гайкой 36 и крышкой 15 силового упора на колонне штанг 3 установлен опорный подшипник качения 38.

Устройство для исследования грунтов работает следующим образом.

Вручную или траверсой бурового станка наклонного бурения под заданным углом к вертикали или вертикально завинчивают винтовую анкерную сваю 1 устройства вместе с совмещенными секциями штанг 3 и 4 с выступающим на нижнем конце конусным зондом 5. Завинчивание анкерной сваи 1 производят вручную рукоятками 10 вращения, роль которых выполняют полые стыкуемые посредством шестигранных замков 6 секции стволов сваи 1, устанавливаемыми на съемной насадке 8, фиксируемой предварительно пальчиковыми фиксаторами 7 на шестигранном замке 6 сваи 1. Завинчивание сваи 1 производят на глубину массива грунта, обеспечивающую достаточную анкерную способность устройства при зондировании грунта, при этом в процессе завинчивания производят замер параметров зондирования грунта лидирующим конусным зондом 5 с помощью силоизмерителя 16 без использования механизма задавливания самого устройства.

После анкеровки устройства дальнейшее зондирование грунта производят поинтервально на глубину, равную l секций колонны 2 штанг 3 и 4 и рабочему ходу t винтового домкрата 11 механизма задавливания путем вращения через рукоятки вращения 14 полого винта 12 домкрата 11, при этом зонд 5 внедряют в грунт путем выдвижения колонны 2 штанг 3 и 4 из полости неподвижной винтовой сваи 1, а лобовое сопротивление P_q грунта под конусом зонда 5 передается на внутренние штанги 4, вызывая перемещение штока 22 силоизмерителя 16 при упругом прогибе нижней плоской пружины 26. Упругие прогибы плоской пружины 26 вызывают угловые перемещения консольно связанной с ней горизонтальной пластины 28 и линейные перемещения подпружиненной индикаторной ножки 32 деформометра 30. Одновременно общее сопротивление Р_о грунта зондированию, как сумма лобового сопротивления P_q грунта внедрению конусного зонда 5 и сил трения грунта о боковую поверхность зонда 5 и колонны 2 наружных штанг 3, передается на плоскую пружину 27 соответственно с двух сторон со стороны обращенных вверх опорных призм 21 горизонтальных выступов 19 рамки 18 силоизмерителя 16 и со стороны подвижного штока 23, вызывая прогибы плоской пружины 27, угловые перемещения консольно связанной с ней горизонтальной пластины 28 и линейные перемещения подпружиненной индикаторной ножки 33 деформометра 31. Перемещение штока 23 вызывает усилие трения грунта о боковую поверхность колонны 2 штанг 3, передающееся на рамку 18, с одной стороны, и реакция от силового упора, которая от дна крышки 15 через пружины 17 сжатия передается на шток 23, с другой стороны.

Показания деформометров 30 и 31 снимают в соответствии с требованиями государственного стандарта на статическое зондирование грунтов, и на основании тарировочных зависимостей плоских пружин 26 и 27 их переводят в параметры зондирования P_q и Р_е необходимые для расчета физических и механических свойств исследуемого грунта.

В процессе зондирования грунта при перехвате рукояток вращения 14 винтового домкрата 11 осевое перемещение зонда 5 производит усилие от упругого поджатия пружины 17, которое противодействует вредному влиянию статического трения грунта о колонну 2 штанг 3. Зондирование грунта производят путем периодического наращивания колонны 2 секциями совмещенных штанг 3 и 4, которые стыкуют посредством резьбовых замков, при этом домкрату 11 задают обратный ход и его снимают в месте с насадкой 8 с винтовой сваи 1. Извлечение зонда 5 с штангами 3 и 4 производят без силоизмерителя 16, при этом путем вращения полого винта 12 верхний конец наружной штанги 3 пропускают через отверстие 34 в крышке 15 силового упора, с торца на штанги 3 устанавливают опорный подшипник 38 качения и резьбовую гайку 36. Далее, удерживая рукояткой 37 гайку 36 и колонну 2 секций штанг 3 от отвинчивания, производят рукоятками 14 вывинчивание полого винта 12 из насадки 8 домкрата 11 и поступательное извлечение колонны 2 штанг 3 и 4 с зондом 5 без вращения.

Использование: инженерно-геологические изыскания в целях строительства и реконструкции зданий и сооружений. Сущность изобретения: устройство содержит полую винтовую анкерную сваю, колонну совмещенных с ней наружных и внутренних штанг с зондом. Анкерная свая фиксаторами связана со съемной насадкой, свинчиваемой с полым винтом домкрата. В полости винта установлен с возможностью осевого продольного перемещения в сквозных прорезях силоизмеритель. Силоизмеритель выполнен в виде рамки с выступами и опорными призмами под плоские пружины с пластинами. Пружины контактируют с шаровыми опорами подвижных штоков, установленных в отверстиях рамки. Пластины контактируют с индикаторными ножками деформометров. Между силоизмерителем и съемной крышкой полости установлена пружина сжатия. Полый винт домкрата и съемная насадка снабжены рукоятками вращения. Резьбовой замок снабжен съемной гайкой с ручками вращения. Между съемной гайкой и съемной крышкой размещен опорный подшипник качения. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ, включающее полую анкерную винтовую сваю, колонну штанг с зондом, совмещенную с полостью сваи, механизм задавливания, силовой упор и силоизмеритель, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлением для извлечения зонда с колонной штанг и пружиной сжатия, а полая анкерная винтовая свая имеет съемную насадку с внутренней резьбовой навивкой и съемные рукоятки вращения, механизм задавливания выполнен в виде полого винтового домкрата, полый винт которого снабжен рукоятками вращения, выполнен с продольной сквозной прорезью на верхнем конце и соединен со съемной насадкой, силовой упор выполнен в виде съемной крышки с отверстием под диаметр колонны штанг и установлен на верхнем конце винта, съемная насадка размещена на верхнем конце полой анкерной винтовой сваи, а силоизмеритель - в полости и сквозной прорези винта с возможностью продольного осевого перемещения и связан с зондом через колонны из секций штанг, при этом пружина сжатия установлена между силовым упором и силоизмерителем, а рабочий ход полого винта домкрата равен длине секций колонн штанг. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что силоизмеритель выполнен в виде жесткой осесимметричной рамки с соосными сквозными отверстиями по вертикальной оси симметрии и установленными в них подвижными штоками с обращенными одна к другой шаровыми опорами, горизонтальными выступами на внутренней поверхности и опорными призмами, размещенными сверху и снизу на выступах, между опорными призмами и шаровыми опорами штоков горизонтально установлены поджатые винтами к призмам нижняя и верхняя плоские пружины с горизонтальными пластинами, консольно закрепленными на них и обращенными одна к другой, нижняя плоская пружина выполнена по краям с двумя сквозными отверстиями, одно из которых перекрыто горизонтальной пластиной, на рамке закреплены два деформометра плоских пружин, индикаторные ножки которых проходят через сквозные отверстия нижней плоской пружины и контактируют с консолью свободной поверхностью горизонтальных пластин соответствующих плоских пружин. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для извлечения зонда с колонной штанг выполнено в виде съемной резьбовой гайки с рукояткой вращения, связанной с верхним резьбовым замком колонны штанг, проходящей через отверстие съемной крышки силового упора, а между съемной резьбовой гайкой и крышкой силового упора на колонне штанг установлен опорный подшипник качения.