СПОСОБ УСТРОЙСТВА БУРОНАБИВНОЙ СВАИ И РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИНЫ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК E02D5/44 

Изобретение относится к области строительства и, в частности может применяться при устройстве буронабивных свай с уширенной пятой.

Известны способы устройства буронабивных свай, включающие бурение скважины, разработку уширения механическим расширителем скважины, установку арматурного каркаса и заполнение скважины бетонной смесью (Ганичев И.А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1981, с.59-61). В зависимости от свойств грунтов устройство буронабивных свай может осуществляться сухим способом или под глинистым раствором. Способ устройства буронабивных свай под глинистым раствором применяют в неустойчивых и обводненных грунтах. При этом диаметр разбуриваемой скважины выполняют ≥0,5 м. Устройство буронабивных свай сухим способом применяют при строительстве на тяжелых глинистых грунтах. При этом диаметр разбуриваемой скважины выполняют ≥0,4 м. Выполнение уширения для пяты основания осуществляют наиболее распространенным механическим расширителем пантографного типа, подсоединяемым к вращателю буровой машины и обеспечивающим соотношение диаметров уширения и скважины, равное d_y/d_c≥2,5, причем уширение скважины разбуривают в несколько циклов.

Известен, например, универсальный уширитель, включающий два коаксиально расположенных вала с размещенными на них скользящей и фиксированной муфтами, к которым шарнирно прикреплен пантографный пространственный механизм, снабженный породоразрушающими элементами, коаксиально расположенные валы выполнены с возможностью взаимной фиксации и независимого соединения с бурильным валом буровой установки, при этом наружный вал выполнен с возможностью его установки на устье скважины с фиксацией от продольного перемещения, что позволяет выполнять уширенные полости различной конфигурации (Патент №2119036, С1, дата приоритета 14.03.1995, дата публикации 20.09.1998, автор Зопорожец А.Т., RU).

Недостатками известного способа устройства буронабивных свай с использованием механического расширителя пантографного типа являются: во-первых, ограниченная область его использования в связи с непригодностью для малых диаметров скважин, во-вторых, высокая трудоемкость, обусловленная разбуриванием уширения скважины в несколько циклов, что требует дополнительных затрат времени, затрудняет контроль за работой расширителя, последствиями чего может быть заклинивание расширителя в скважине, обсыпание грунта, приводящее к искажению размеров и формы уширения, а также высокая трудоемкость в связи с разгрузкой грунтосборника вручную.

В скважинах малого диаметра применим в основном способ образования уширений взрывом при бетонировании буронабивной сваи.

Известен, например, способ усиления несущей способности буронабивной сваи, включающий бурение скважины, установку в ней заряда взрывчатого вещества, образование камуфлетной полости и заполнение бетоном, при этом в скважину устанавливают металлический цилиндр, имеющий кольцевую выемку с наклонными гранями, между которыми размещают заряд взрывчатого вещества для направления продуктов взрыва в сторону стенок скважины и создания уплотненной кольцевой полости в грунте (Патент №2241098, С1, дата приоритета 31.03.2003, дата публикации 27.11.2004, авторы Прохоров Н.И. и др., RU).

Недостатком известного способа устройства буронабивной сваи является ограниченное его применение в связи с дороговизной и высокой опасностью при хранении, транспортировке и применении взрывчатых веществ.

В качестве прототипа принят известный способ устройства буронабивных свай с использованием механического расширителя (Козаков Ю.Н., Буланкин Н.Ф., Шишканов Г.Ф., Король В.А. Особенности применения свай в Восточной Сибири. - Красноярск: Стройиздат, Красноярский отдел, 1992, с.240-242, прототип).

В качестве прототипа принят также известный расширитель скважин грейферного типа, содержащий раздвижные рабочие элементы в виде лопастей с профильными направляющими, шарнирно закрепленные на траверсе, и механизм раздвижки, выполненный из направляющих роликов, закрепленных на опоре и взаимодействующих с профильными направляющими рабочих элементов (Авторское свидетельство №589387, дата приоритета 16.12.1975, дата публикации 25.01.1978, автор Король В.А., прототип).

При использовании грейферного расширителя по авт. свид. №589387, подсоединенного к вращателю буровой машины, обеспечивается разработка уширения с соотношением диаметров уширения и скважины d_y/d_c=1,9, что недостаточно для буронабивных свай в скважинах малого диаметра (при d_c<0,4 м), так как для повышения несущей способности буронабивных свай требуемое соотношение диаметров уширения и скважины должно быть d_y/d_c≥2. Однако механизм замыкания рабочих органов прототипа не обеспечивает большего их вылета из-за конструкции опоры, и к тому же расширитель имеет недостаточную надежность и неудобный в эксплуатации грунтосборник.

Недостатком прототипа является низкая эффективность способа устройства буронабивных свай в связи с использованием молоэффективного расширителя скважины, обладающего недостаточным вылетом лопастей для выполнения достаточного уширения скважин малых диаметров, недостаточной надежностью механизма раздвижки лопастей, а также имеющего неудобный в эксплуатации грунтосборник.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа устройства буронабивной сваи и усовершенствование конструкции расширителя скважины, используемого при выполнении уширения в скважинах малого диаметра, путем расширения диапазона выполняемого уширения, повышения надежности расширителя, облегчения выемки грунта из грунтосборника и улучшения качества изготавливаемой буронабивной сваи.

Для решения поставленной задачи в способе устройства буронабивной сваи, включающем бурение скважины, разработку уширения скважины механическим расширителем, установку арматурного каркаса и заполнение скважины бетонной смесью, согласно изобретению разработку уширения осуществляют грейферным расширителем, обеспечивающим соотношение диаметра уширения к диаметру скважины, равное d_y/d_c≥2, а заполнение уширения бетонной смесью производят до установки арматурного каркаса в скважину.

Согласно изобретению разработку уширения производят при скорости вращателя, равной 20-100 оборотов в минуту.

Для решения поставленной задачи расширитель скважины, содержащий приводную траверсу с шарнирно закрепленными на ней лопастями и взаимодействующий с ними механизм перемещения лопастей, лопасти содержат радиально установленные ребра, снабженные фигурной направляющей кромкой, режущие элементы на их нижних торцах и элементы наружного кожуха, а механизм перемещения лопастей содержит каретку с установленными на ней роликами, взаимодействующими с фигурной направляющей кромкой ребер, при этом каретка установлена на стойке с возможностью осевого взаимного перемещения траверсы и каретки и вращения, а в основании стойки установлен грунтосборник, согласно изобретению дополнительно снабжен подшипниковым узлом и гравитационной крюковой обоймой, шарнирно установленной на траверсе и взаимодействующей с кареткой механизма перемещения лопастей, стойка, на которой закреплена каретка механизма перемещения лопастей, выполнена двутавровой с возможностью радиального вращения на подшипниковом узле, установленном ниже режущих элементов лопастей, а ролики выполнены с ребордами и установлены попарно с двух сторон каретки с возможностью взаимодействия с фигурными направляющими кромками ребер лопастей.

Согласно изобретению грунтосборник выполнен с возможностью боковой разгрузки, а стойка подшипникового узла закреплена в основании грунтосборника.

Согласно изобретению грунтосборник может быть выполнен с откидывающейся стенкой, шарнирно соединенной в верхней части с неподвижной стенкой с возможностью поворота в вертикальной плоскости.

На фиг.1 схематично представлена конструкция заявляемого расширителя скважины, общий вид; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема уширенной полости.

Заявляемый в составе заявки расширитель скважины содержит приводную траверсу 1 с шарнирно закрепленными на ней лопастями 2 и взаимодействующий с ними механизм перемещения лопастей. Лопасти 2 содержат радиально установленные ребра 3, снабженные фигурной направляющей кромкой 4, режущие элементы 5, установленные на нижних торцах ребер, и наружный кожух 6. Механизм перемещения лопастей содержит каретку 7, установленную на двутавровой стойке 8 с возможностью осуществления максимального отклонения лопастей. Для обеспечения осевого взаимного перемещения каретки 7 и траверсы 1, а также вращения на каретке 7 попарно с каждой стороны установлены ролики 9, снабженные ребордами 10, взаимодействующие с фигурной направляющей кромкой 4 ребер. Двутавровая стойка 8 установлена на подшипниковом узле 11, расположенном ниже режущих элементов 5 лопастей. Расширитель скважин снабжен грунтосборником 12, при этом стойка подшипникого узла закреплена в основании 13 грунтосборника 12. Последний выполнен с откидывающейся стенкой 14, шарнирно соединенной в верхней части с неподвижной стенкой грунтосборника с возможностью поворота в вертикальной плоскости. Расширитель скважин снабжен также гравитационной крюковой обоймой 15, шарнирно установленной на траверсе 1 и взаимодействующей с кареткой 7 механизма перемещения лопастей для фиксации их замыкания и связи траверсы и каретки по завершении выполнения уширения.

Заявляемый способ устройства буронабивной сваи включает: проходку скважины d_c=0,3 м машиной вращательного бурения; разработку уширения в скважине d_y=(0,7-0,8) м; бетонирование уширенной пяты сваи; установку арматурного каркаса, бетонирование ствола сваи.

Проходку скважины производят буровой машиной с помощью шнекового бурового става на полную глубину. Затем к буровому ставу подсоединяют заявляемый расширитель, который является технологической оснасткой к буровой машине, осуществляющей за один цикл образование уширения резанием и уплотнением грунта стенок и основания уширения. Расширитель опускают в скважину в раздвинутом по оси состоянии. После опускания расширителя в скважину включают вращатель и со скоростью n=20-100 оборотов в минуту в зависимости от грунтовых условий производят разработку уширения. Для контроля за глубиной проходки на мачте буровой машины устанавливают рейку с разметкой, равной величине хода траверсы, соответствующей высоте уширения. При прохождении расстояния 0,8 h, где h - высота уширения, прекращают осевую подачу бурового става и на этом уровне в течение 3-5 оборотов производят подчистку основания уширения и полное заполнение емкости грунтосборника и полости между лопастями расширителя. Затем включают осевую подачу и производят проходку до полной высоты уширения и замыкания лопастей расширителя при соединении каретки с траверсой. Расширитель извлекают из скважины, отсоединяют каретку от траверсы и разгружают от разбуренного грунта путем раскрытия лопастей и поворотом откидной крышки грунтосборника. Далее осуществляют бетонирование уширенной пяты скважины, устанавливают арматурный каркас и завершают устройство буронабивной сваи бетонированием ее ствола.

Преимущество заявляемого способа устройства буронабивной сваи и используемого для его осуществления расширителя скважины заключается в повышении эффективности способа за счет усовершенствования конструкции расширителя скважины путем расширения диапазона выполняемого уширения в скважинах малого диаметра, обусловленного формой выполнения стойки двутаврового сечения, повышения надежности расширителя в связи с дополнительной установкой подшипникового узла и более рациональным расположением роликов на каретке механизма перемещения лопастей, облегчения выемки грунта из грунтосборника, а также за счет улучшения качества изготавливаемой буронабивной сваи.

Изобретение относится к области строительства, а в частности может применяться при устройстве буронабивных свай с уширенной пятой. Способ устройства буронабивной сваи включает бурение скважины, разработку уширения скважины механическим грейферным расширителем, установку арматурного каркаса и заполнение скважины бетонной смесью. Разрабатывают уширение с соотношением диаметра уширения к диаметру скважины, равным d_y/d_c≥2 при скорости вращателя, равной n=20-100 оборотов в минуту в зависимости от грунтовых условий. При прохождении расстояния 0,8 h, где h - высота уширения, прекращают осевую подачу бурового става и на этом уровне в течение 3-5 оборотов производят подчистку основания уширения и полное заполнение емкости грунтосборника и полости между лопастями расширителя. Включают осевую подачу и производят проходку до полной высоты уширения и замыкания лопастей расширителя. Расширитель извлекают из скважины, далее осуществляют бетонирование уширенной пяты скважины, устанавливают арматурный каркас и завершают устройство буронабивной сваи бетонированием ее ствола. Технический результат состоит в повышении эффективности способа устройства буронабивной сваи и усовершенствовании конструкции расширителя скважины, повышении надежности расширителя, облегчении выемки грунта из грунтосборника и улучшении качества изготавливаемой буронабивной сваи. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ устройства буронабивной сваи, включающий бурение скважины, разработку уширения скважины механическим грейферным расширителем, установку арматурного каркаса и заполнение скважины бетонной смесью, отличающийся тем, что разрабатывают уширение с соотношением диаметра уширения к диаметру скважины, равным d_y/d_c≥2, при скорости вращателя, равной n=20-100 оборотов в минуту, в зависимости от грунтовых условий, при прохождении расстояния 0,8 h, где h - высота уширения, прекращают осевую подачу бурового става и на этом уровне в течение 3-5 оборотов производят подчистку основания уширения и полное заполнение емкости грунтосборника и полости между лопастями расширителя, затем включают осевую подачу и производят проходку до полной высоты уширения и замыкания лопастей расширителя, затем расширитель извлекают из скважины, далее осуществляют бетонирование уширенной пяты скважины, устанавливают арматурный каркас и завершают устройство буронабивной сваи бетонированием ее ствола.

2. Расширитель скважины, содержащий приводную траверсу с шарнирно закрепленными на ней лопастями и взаимодействующий с ними механизм перемещения лопастей, лопасти содержат радиально установленные ребра, снабженные фигурной направляющей кромкой, режущие элементы на их нижних торцах и элементы наружного кожуха, а механизм перемещения лопастей содержит каретку, с установленными на ней роликами, взаимодействующими с фигурной направляющей кромкой ребер, при этом каретка установлена на стойке с возможностью осевого взаимного перемещения траверсы и каретки и вращения, а в основании стойки установлен грунтосборник, отличающийся тем, что расширитель дополнительно снабжен подшипниковым узлом и крюковой обоймой, шарнирно установленной на траверсе и взаимодействующей с кареткой механизма перемещения лопастей, стойка, на которой закреплена каретка механизма перемещения лопастей, выполнена двутавровой с возможностью радиального вращения на подшипниковом узле, установленном ниже режущих элементов лопастей, а ролики выполнены с ребордами и установлены попарно с двух сторон каретки с возможностью взаимодействия с фигурными направляющими кромками ребер лопастей.

3. Расширитель скважины по п.2, отличающийся тем, что грунтосборник выполнен с возможностью боковой разгрузки, а стойка подшипникового узла закреплена в основании грунтосборника.

4. Расширитель скважины по п.3, отличающийся тем, что грунтосборник выполнен с откидывающейся стенкой, шарнирно соединенной в верхней части с неподвижной стенкой с возможностью поворота в вертикальной плоскости.