УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ НАБИВНОЙ СВАИ В ГРУНТЕ Российский патент 2000 года по МПК E02D5/44 

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для формования набивных свай в грунте.

Известно устройство для изготовления буронабивных свай оболочек (см. SU 1172998 A, 15.06.85), содержащее корпус, выполненный из соединенных между собой секций, внутри верхней и нижней из них размещены вибраторы. Секции соединены между собой подвижно и выполнены от верхней к нижней с убывающим диаметром, при этом диаметр нижней секции равен или больше диаметра верхней секции. Максимальный диаметр нижней секции равен диаметру скважины. Недостатком конструкции является необходимость ее извлечения из скважины для заполнения последней бетонной смесью. При формовании сваи циклически скважина заполняется дискретно участками и после уплотнения каждого участка необходимо извлекать устройство на поверхность.

Наиболее близким аналогом является устройство дли формования набивной сваи в грунте, содержащее рабочий орган, размещенный впереди цилиндрической трубы и ударный привод, размещенный в верхнем конце трубы, отверстие в рабочем органе, соединяющее наружную и внутреннюю поверхности рабочего органа, которое перекрывается штоком, периферийная часть рабочего органа прикреплена к передней части трубы, а центральная к штоку и выполнена подвижной (см. SU 1270215 A1, 15.11.86).

Задачей настоящего изобретения является упрощение изготовления конструкции устройства и повышение надежности работы.

Задача решается за счет того, что в устройстве для формования набивной сваи в грунте, содержащем рабочий орган, размещенный впереди цилиндрической трубы и ударный привод, размещенный в верхнем конце трубы, отверстие в рабочем органе, соединяющее наружную и внутреннюю поверхности рабочего органа, которое перекрывается штоком, периферийная часть рабочего органа прикреплена к передней части трубы, а центральная к штоку и выполнена подвижной, согласно изобретению, шток выполнен с радиальными выступами, соответствующими размеру отверстий торца трубы, причем шток выполнен подвижным вокруг своей продольной оси, при этом один из элементов конструкции, например труба, имеет два упора, а второй элемент - шток - один упор, размещенный между двумя упорами другого элемента, ограничивающими поворот штока относительно трубы.

Передняя часть штока может быть выполнена с биконическими поверхностями, соединенными собой по их основанию.

Биконические поверхности передней части штока могут быть соединены между собой каналами, при этом выход канала на верхнюю коническую поверхность может быть выполнен на уровне торцевой поверхности трубы и перекрывается последней.

Устройство для формования набивной сваи также может быть выполнено с крестообразными упорами, прикрепленными к трубе, которые ограничивают перемещение вверх штока относительно трубы.

Шток может быть выполнен с радиальным упором.

Радиальный упор штока может быть размещен впереди крестообразного упора трубы.

Радиальный упор штока может быть размещен позади крестообразного упора трубы, а шток может быть выполнен с радиальным уплотнением в передней части, при этом между радиальным уплотнением штока и крестообразным упором трубы может быть размещена пружина.

К трубе позади штока может быть прикреплен пневмопробойник, при этом элемент крепления может быть выполнен со сквозными каналами.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в упрощении изготовления устройства для формования набивной сваи в грунте, повышении надежности работы, обеспечении управляемости процессов перепуска бетонной смеси через рабочий орган и уплотнения бетонной смеси, упрощение процесса подъема устройства в скважине для подачи бетонной смеси, автоматизации открытия и закрытия пропускного отверстия в рабочем органе при подъеме или опускании штанги и взаимоположения элементов устройства, а также в обеспечении использования погружного ударного привода, что обеспечивает повышение эффективности передачи удара и снижает металлоемкость конструкции.

Сущность предлагаемого устройства для формования набивной сваи проиллюстрируем на примере конкретного применения.

На фиг.1 показана операция по проходке скважины в грунте; фиг.2 - операция по перепуску бетонной смеси в полость скважины, размещенную под скважинообразователем; фиг.3 - операция по уплотнению бетонной смеси; фиг.4 - конструкция устройства (скважинообразователя) с каналами в головной части штанги; фиг.5 - устройство с цилиндрическим выступом на штоке; фиг.6 - устройство с погруженным штоком; фиг.7 - сечение А-А фиг.6; фиг.8 - конструкция с крестообразным выступом; фиг. 9 - вид по стр. Б, фиг.8; фиг.10 - погружное устройство с использованием в качестве ударного устройства пневмопробойника - пневматического ударного механизма; фиг.11 - устройство с поворотным механизмом управления открытия (закрытия) перепускных отверстий; фиг.12 - вид по стр. В фиг.11.

Устройство для формования набивных свай содержит рабочий орган 1, размещенный в передней части цилиндрической трубы 2, шток 3 и ударный привод. Рабочий орган 1 может иметь коническую поверхность (фиг. 1-6), взаимодействующую с уплотняемой средой (грунт при проходке скважины бетонная смесь при ее уплотнении) или плоскую торцевую (фиг.11). Ударный привод может быть размещен на поверхности, т.е. в верхней части погружаемой трубы (фиг.1-6, 8-10, где он не показан), либо он может погружным (фиг.11). В последнем случае целесообразно использовать пневмопробойник - пневматическое устройство ударного действия для проходки скважин в уплотняемом грунте. Труба 2 в передней части выполнена с отверстием 4, перекрываемым штоком 3. При этом шток 3 может быть установлен в отверстии 4 (фиг. 1-6, 8, 10), при этом он имеет возможность вертикального (осевого) перемещения относительно трубы 2. Возможно также перекрытие отверстий 4 штоком 3 при его повороте. В этом случае он имеет выступы, перекрывающие отверстие 4 поворотом штока 3 вокруг его продольной оси (фиг. 11, 12). Передняя часть штока 3 может быть выполнена биконической 5, 6 (фиг. 1-4), либо цилиндрической с кольцевым выступом 7 (фиг.5, 8). Труба 2 имеет крестообразные поры 8 (фиг.6, 7, 8). Рабочий орган 1 (головка) устройства имеет коническую поверхность, соприкасающуюся с грунтом. Эта поверхность образуется либо штоком 3 (фиг.1), либо может образовываться двумя передними поверхностями: штоком 3 и трубой 2 (фиг. 4-8), либо передней поверхностью трубы 2 (фиг. 5). Если диаметр передней части штока 3 равен диаметру скважины 9, то в головной части биконической формы имеются каналы 10, 11 для перепуска бетонной массы с верхней в нижнюю полость скважины 9. Позицией 12 обозначена бетонная смесь. В этом случае биконические поверхности 5 передней части штока 9 соединены между собой по основаниям, при этом каналы 10, 11 выходят на верхнюю коническую поверхность в месте взаимного контакта трубы 2 со штоком 3, т.е. при их соприкосновении выходы каналов 10, 11 перекрываются телом трубы 2. Труба 2 может быть выполнена с прикрепленными к ней крестообразными упорами 8 (фиг. 6, 7, 8), ограничивающими вертикальное перемещение штока 3. При этом между крестообразными упорами 8 и головной частью штока 3 могут быть установлены пружина 13, либо радиальные упоры 14. В качестве погружного привода может быть использован широко известный пневмопробойник 15 (фиг.8), прикрепленный к трубе 2. Крепление при этом должно иметь отверстия 16 (фиг. 9) для прохода бетонной смеси 12. Конструктивно это решается за счет использования ребер 17, приваренных к трубе 2 и пневмопробойнику 15 (обычно имеется промежуточная втулка, на чертежах не показана). При использовании устройства с управлением открытия отверстий 4 поворотом штока 3 последний имеет радиальные выступы 19, перекрывающие отверстия 4 трубы 2. Труба 2 имеет упоры 20, 21, ограничивающие поворот осевого выступа 22 штока 3. На фиг. 11 показан упор 21, используемый для ограничения осевого перемещения штока 3. Выступ 22 штока 3 расположен упорами 20, 21 трубы 2.

Устройство для формования набивной сваи в грунте работает следующим образом.

За счет приложения ударного импульса к трубе 2 (фиг. 1-7) от привода, размещенного на поверхности (не показан) или погружного при использовании пневмопробойника 15 (фиг.10), происходит формование скважины 9 в грунте. В устойчивых грунтах стенки скважины 9 не разрушаются, поэтому можно применять погружное устройство (фиг.10), либо трубу 2 с выступом в передней ее части (фиг. 5, 11), обеспечивающее образование зазора между стенками трубы 2 и скважины 9, что уменьшит сопротивление при внедрении. После проходки скважины 9 на глубину, равную длине требуемой сваи, приподнимают устройство на высоту, равную порционной подаче бетонной смеси или, что будет точнее, на эффективную глубину трамбования бетонной смеси имеющимися устройством с определенной энергией удара. Затем освобождают перепускное отверстие 4 (канала 10,11) за счет опускания штока 3 либо подъема трубы 2 и подают бетонную смесь 12 в устье скважины. Бетонная смесь 12 через отверстие 4 или каналы 10, 11 рабочего органа 1 устройства поступает в нижнюю часть скважины 9. Следующей операцией является уплотнение (трамбование) бетонной смеси 12. Для этого опускают устройство. Передняя часть штока 3 упирается в бетонную смесь, а движущаяся вниз труба 2 перекрывает перепускное отверстие 4 (каналы 10, 11). После перекрытия отверстия 4 передняя часть устройства приобретает коническую или плоскую поверхность без отверстий, которые используются в качестве рабочего органа 1 для уплотнения бетонной смеси 12. При уплотнении впереди поверхности (конической или плоской) образуется ядро, конфигурация которого зависит от угла внутреннего трения рабочего уплотняемого материала. Коническая поверхность рабочего органа облегчает начальный момент (внедрение) устройства в грунт до образования грунтового ядра, плоскую поверхность лучше использовать при трамбовании (уплотнении) бетонной смеси. Наиболее целесообразно использовать ударное уплотнение и применить при этом пневмопробойник 15 (фиг. 10). После уплотнения бетонной смеси 12 опять поднимают устройство на высоту заполнения бетонной смесью другой части скважины 9 и операции повторяют. Таким образом дискретно осуществляют заполнение скважины 9 бетонной смесью 12 и также дискретно осуществляют ее уплотнение. Дискретное уплотнение бетонной смеси 12 позволяет использовать сравнительно маломощное устройство и достигать при этом необходимый эффект.

При использовании устройства с крестообразными выступами 7 упрощается операция по открытию (перекрытию) перепускного отверстия 4 (каналов 10, 11). Для этого достаточно осуществить подъем одного из элементов конструкции - трубы 2 (фиг. 6) или штока 3 (фиг. 8). В первом случае при подъеме трубы 2 пружина 13, упирающаяся в крестообразный выступ 7, выталкивает укороченный шток 3 и тем самым открывается перепускное отверстие 4. Во втором случае при подъеме штока 3 его кольцевой упор 14, упираясь в крестообразный выступ 7 трубы 2, поднимает последнюю и тем самым открывает перепускное отверстие 4. При выполнении операции по уплотнению бетонной смеси 12 опускают устройство. В первом случае передняя часть трубы 2 упирается в коническую верхнюю поверхность 6 передней части штока 3 (фиг.6) и перекроет отверстие 4, а во втором случае - кольцевой выступ 7 штока 3 упрется в головную часть отрезка трубы 2 и сдвинет его вниз, перекрывая перепускное отверстие 4. Перекрытие отверстия 4 происходит автоматически.

При управлении открытием (закрытием) отверстий 4 в рабочем органе 1 (фиг. 11, 12) поворотом штока 3 необходимо установить последний в одно из крайних положений, когда осевой упор 22 радиального выступа 19 штока 3 контактирует с одним из упоров 20, 21 трубы 2. В одном из положений отверстия 4 трубы 2 закрыты, а в другом - открыты. При открытых отверстиях 4 происходит перепуск бетонной смеси 12 из полости, расположенной над рабочим органом 1 в полость, расположенную под ним. При закрытых отверстиях 4 трубы 2 возможно проходить скважину 9 в грунте, либо уплотнять бетонную смесь 12. Впереди плоской торцевой поверхности образуется грунтовое ядро, форма которого не зависит от формы рабочей поверхности устройства.

Привод, используемый для формования набивных свай в грунте, может быть размещен на дневной поверхности (фиг.1-6) или быть погружным (фиг.10). В первом случае используются копры или ударные узлы, во втором случае - пневмопробойник 15 (фиг. 10). Такое конструктивное решение позволяет существенно уменьшить габариты устройства, его металлоемкость, а, главное - повысить эффективность процесса, т.к. ударный импульс будет меньше гаситься трубой 2 и облегчающим ее грунтом (меньшая длина трубы 2). При таком конструктивном исполнении бетонная смесь 12 будет проходить через отверстия 16 крепления пневмопробойника 15 с трубой 2 (фиг.9), выполненное в виде приваренных ребер 12 к обеим элементам конструкции. При перепуске бетонной смеси 12 через рабочий орган 1 можно использовать вибрацию, создаваемую приводом, т.е. операцию перепуска бетонной смеси 12 можно осуществлять с неработающим приводом или с работающим на минимальной мощности. В первом случае на бетонную смесь будет действовать только сила гравитации, во втором - добавляется вибрационная сила, исключающая заштыбовку бетонной смеси.

Предложенное устройство быть использовано для формования свай или свайных фундаментов в уплотняемых и неуплотняемых грунтах. В первом случае устройством можно проходить сначала скважину, а затем в ней формовать набивную сваю. При этом устройство используется в качестве скважинообразователя и уплотнителя бетонной смеси. Во втором случае скважину бурят или проходят иным методом, разрушая грунт и удаляя его отделенные от массива частицы. Для этого используется любое известное оборудование. Предложенное устройство при этом используется только для формования набивной сваи уплотнением бетонной смеси в предварительно изготовленной скважине.

Применение предложенного устройства для формования набивной сваи в грунте позволяет с одной стороны осуществить уплотнение бетонной смеси последовательно участками, что позволяет использовать меньшую мощность ударного узла и при этом обеспечить большую прочность тела сваи, т.к. меньший объем бетонной смеси будет подвержен ударной нагрузке определенной мощности. С другой стороны, порционная подача бетонной смеси обеспечивается сквозь устройство, что не требует его извлечение на поверхность после заполнения участка скважины каждой порцией бетонной смеси и, как следствие этого повышается производительность и уменьшается трудоемкость работ.

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам для формования набивных свай в грунте. Устройство для формования набивной сваи в грунте содержит рабочий орган, размещенный впереди цилиндрической трубы, и ударный привод, размещенный в верхнем конце трубы, отверстие в рабочем органе, соединяющее наружную и внутреннюю поверхности рабочего органа, которое перекрывается штоком. Периферийная часть рабочего органа прикреплена к передней части трубы, а центральная - к штоку и выполнена подвижной. Новым является то, что шток выполнен подвижным вокруг своей продольной оси, при этом один из элементов конструкции, например труба, имеет два упора, а второй элемент - шток - один упор, размещенный между двумя упорами другого элемента, ограничивающими поворот штока относительно трубы. Технический результат изобретения заключается в упрощении изготовления устройства, повышении надежности работы, обеспечении управляемости процессов перепуска бетонной смеси через рабочий орган и уплотнения бетонной смеси, упрощении процесса подъема устройства в скважине для подачи бетонной смеси, автоматизации открытия и закрытия пропускного отверстия в рабочем органе при подъеме и опускании штанги и взаимоположения элементов устройства, а также в обеспечении использования погружного ударного привода, что обеспечивает повышение эффективности передачи удара и снижает металлоемкость конструкции. 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для формования набивной сваи в грунте, содержащее рабочий орган, размещенный цилиндрической трубы, и ударный привод, размещенный в верхнем конце трубы, отверстие в рабочем органе, соединяющее наружную и внутреннюю поверхности рабочего органа, которое перекрывается штоком, периферийная часть рабочего органа прикреплена к передней части трубы, а центральная - к штоку и выполнена подвижной, отличающееся тем, что шток выполнен с радиальными выступами, соответствующими размеру отверстий торца трубы, причем шток выполнен подвижным вокруг своей продольной оси, при этом один из элементов конструкции, например труба, имеет два упора, а второй элемент - шток - один упор, размещенный между двумя упорами другого элемента, ограничивающими поворот штока относительно трубы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передняя часть штока выполнена с биконическими поверхностями, соединенными между собой по их основанию. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что биконические поверхности передней части штока соединены между собой каналами, при этом выход канала на верхнюю коническую поверхность выполнен на уровне торцевой поверхности трубы и перекрывается последней. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с крестообразными упорами, прикрепленными к трубе, которые ограничивают перемещение вверх штока относительно трубы. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что шток выполнен с радиальным упором. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что радиальный упор штока размещен впереди крестообразного упора трубы. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что радиальный упор штока размещен позади крестообразного упора трубы, а шток выполнен с радиальным уплотнением в передней части, при этом между радиальным уплотнением штока и крестообразным упором трубы размещена пружина. 8. Устройство по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что к трубе позади штока прикреплен пневмопробойник, при этом элемент крепления выполнен со сквозными каналами.