УСТАНОВКА СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК E02D1/02 

Область техники.

Статическое зондирование как один из элементов инженерно-геологических изысканий было детально разработано и довольно широко использовалось в советский период в тех регионах нашей страны, где широко применялись фундаменты из забивных свай.

При этом ориентация российских специалистов в настоящее время направлена в основном на западные оборудование и технологии, ссылаясь на его широкие геотехнические возможности. Однако большинство потребителей зондирования по понятным причинам не могут приобрести это весьма дорогостоящее оборудование и вынуждены ориентироваться на отечественное. Отечественные изыскательские технологии многие десятилетия формировались в условиях очень низких цен на услуги и оборудование в этой области. В 1960-е годы, когда в СССР был начат выпуск высокомеханизированных зондировочных установок С-832 (ссылка mozbt.com/articles/more/v/id/7, с электротензометрическим зондом), стоимость такой установки вместе с базовой грузовой машиной составляла 3 тыс.рублей, (примерно 500-600 тыс.рублей в переводе на современные деньги), а стоимость 1 м зондирования составляла 3-4 рубля. В США в то время стоимость 1 м зондирования механическими зондами составляла 11-13 долларов. Примерно такое же соотношение цен на изыскательские работы сохранялось до 1990-х годов. Новое же западное оборудование требует затрат на порядок больше. Приобретение современной западной установки обойдется в 5-6 млн рублей. Кроме того, затем потребуются текущие расходы на конические наконечники, измерительную аппаратуру иностранного производства, ее калибровку (порядка 0,5-0,6 млн рублей в год).

Уровень техники:

Существующие модели условно можно разделить на две группы: автономные УСЗ и УСЗ на базе тяжелых автомобилей.

(ссылка geotest. ru/complect/УСЗ anker-pk.ru/zond/ustanovki psmash.ru/burovye_ustanovki).

Большинство их работают на гидравлике, и поскольку длина зондировочных штанг установлена ГОСТом 1 метр, общая высота выхода штока и гидроцилиндра автономных УСЗ с учетом приводных механизмов намного превышает 2 метра. Большой выход штока гидроцилиндра, работая под нагрузкой на сжатие, во избежание поперечной деформации требует повышенной прочности, достигаемой увеличением массы материала, следовательно и веса конструкции. Неизбежное увеличение веса добавляется за счет маслостанции на электрическом приводе. При этом возникает необходимость в транспортировочном механизме, также обладающем весом.

Наиболее близка к заявленному устройству УСЗ компании «Курганавторемонт», на которой установлен механизм винтовой зондировочный МВ3-01. (Фиг. 1, 2)

(ссылка: skarn-spb.ru/entry/burovaya…)

Аппарат демонстрирует показатель максимального усилия вдавливания -до 10000 кг;

Показатель хода винта составляет - 1200 мм;

Общая масса механизма находится на уровне 88 кг.

Ход каретки, мм 1200

Наибольшее усилие вдавливания зонда

зависит от крутящего момента буровой установки до 10000 кг

Габаритные размеры, мм, не более

длина при max/min выдвинутом винте 3000/1940 ширина 448 высота 367

Винтовой вал при этом под нагрузкой также работает на сжатие, и, следовательно требует повышенной прочности и, следовательно, увеличения веса вращателя. Большие нагрузки в работе неизбежно влекут за собой повышенный взаимный износ винтовой пары «гайка-винт», и, следовательно, к высокой стоимости установки прибавляется стоимость обслуживания. Выход винта достигает в высоту 3000 мм, что исключает использование установки в стесненных условиях большинства подвальных помещений в целях контроля за качеством закрепления грунтов методом «Геокомпозит», (ссылка: stroy-geokompozit.ru).

Анкерное зацепление с грунтом осуществляется одним буровым шнеком, ввинченном на глубину до 2-3 м, сквозь который соосно продавливается зонд с наконечником. Таким образом глубина погружения анкера исключается из результатов зондирования, и, кроме того, не дает достаточной гарантии удержания без веса всей буровой установки.

Таким образом одна из проблем пользования современных установок заключается в их габаритах, исключающих возможность их применения в стесненных условиях подвалов домов, в то время как, к примеру, контроль за качеством закрепления грунтов под фундаментами аварийных зданий требует доступа именно к этим участкам, к тому же ограниченным по высоте потолков.

Другая проблема - удержание в таких условиях установки при создании давления. Кроме пригружения дополнительным весом существует только два варианта удержания давления - упор в потолок и анкерирование. Первый требует надежности балок и перекрытий, второй - применения дополнительных механизмов для ввинчивания анкеров в грунт, а при бетонном покрытии полов еще и их сверления.

Раскрытие изобретения.

Перед автором стояла задача создания малогабаритного, простого в изготовлении технологически, недорогого устройства, обеспечивающего эффективное применение малыми эксплуатационными расходами. Для уменьшения габаритов УСЗ автор предлагает компоновку винтового механизма зондировочного, при которой исключается вертикальный выход винтового вала на недопустимую высоту, и, кроме того, повышается технологический запас прочности конструкции. Предлагаемая компоновка представляет собой стальную раму из вертикальных опорных стоек, жестко связанных между собой горизонтальными неподвижными траверсами. Между траверсами размещены два или более винтовых валов параллельно колонне зондировочных штанг с навинченными на валы гайками. Гайки жестко соединены между собой общей подвижной траверсой, служащей упором для колонны зондировочных штанг. При работе устройства валы, установленные своими концами в напряженно-натянутом состоянии в верхние и нижние упорные подшипники (Фиг. 10), помещенные в гнездах, закрепленных в верхней и нижней неподвижных траверсах, синхронно вращаются, принуждая гайки к вертикальному возвратно-поступательному движению вдоль опорных стоек, несущих нагрузку на сжатие, при этом нагрузка на винтовые валы в исходном состоянии и при работе направлена на растяжение, что уменьшает возможность поперечной и скручивающей деформации винтовых валов. Вращение винтовых валов обеспечивается реверсивным электродвигателем мощностью 2 кВт. со скоростью вращения 3000 об/мин. через посредство ременных и цепных передач, шкивов и звездочек передаточного механизма. Скорость вращения винтовых валов обеспечивает перемещение подвижной траверсы со скоростью 90 см/ мин. Вся система закреплена на станине. (Фиг. 3)

1. винтовой вал, 2. винтовая пара, 3. стойки, 4. гнездо с упорным подшипником, 5. подвижная траверса, 6. верхняя неподвижная траверса, 7. станина, 8. корпус с передаточным механизмом, 9. стопорная гайка, 10. нижняя неподвижная траверса.

Осуществление изобретения.

Последовательность выполнения опытного образца устройства частично обозначена на фото (фиг. 4-9). Винтовые пары были изготовлены из стали Х-40. Стоимость их на момент изготовления - 60000 р. Элементы конструкции выполнялись с расчетом повышенного запаса прочности, включая запас хода подвижной траверсы (1400 мм вместо необходимых 1200 мм), поэтому высота конструкции достигла 1800 мм, а вес опытной конструкции превысил заданный. Последний снимок выполнен перед испытанием (Фиг. 8, 9). Для упора в потолок были временно использованы строительные стойки. Погружения стального макета зонда производились в толще суглинков, на глубине 7.0 м сменяющихся плотным слоем мелкозернистого песка, при прохождении через которые двигатель установки установки свидетельствовал о повышенной нагрузке. Пружинный динамометр, помещенный на подвижной траверсе, показал нагрузку при погружениях от 3-х до 6-ти тонн. Пять дней непрерывных испытаний привели к срыву внутренней резьбы гаек винтовых пар.

Технический результат.

По результатам испытаний сложилось представление о недостатках выполненной конструкции и их решении. Предлагается использовать в качестве винтовых валов отрезки недорогих готовых стяжных анкерных винтов, при наружном диаметре 17 мм выдерживающих нагрузку на разрыв до 17 тонн. (Фиг. 11). (Винт стяжной Ст80, ссылка mpztula.ru>index.php/styazhnoj-vint). В дальнейшем описании стяжные анкерные винты именуются стяжными винтами.

В качестве винтовых пар использовать роликовые винтовые пары (РВП), (Фиг. 12), (ссылка: rvDberq.ru, bestreferat.ru/referat-195119.html), либо шариковые винтовые пары (ШВП), (Фиг. 13), (ссылка servotechnica.ru/catalog/type). При достаточной прочности перекрытия потолка предложенная система УСЗ предусматривает упор в потолок посредством телескопической системы из труб, вручную выдвигаемых из опорных стоек устройства с последующей регулировкой упора в потолок отрезками стяжных винтов. (Фиг. 14).

1. винтовые валы, 2. винтовые пары, 3. стойки, 4. подвижная траверса, 5. неподвижные траверсы, 6. корпус с передаточным механизмом, 7. упорные подшипники, 8. колонна зондировочных штанг, 12. бетонное перекрытие, 13. бетонное покрытие, 14. грунтовое основание.

Анкерирование путем завинчивание анкерных шнеков при помощи бурового станка в стесненных условиях подвалов затруднено. Предлагается использовать в качестве анкеров отрезки стяжных винтов. Четыре таких отрезка, завинченные в толщу фунта при помощи усиленной ударно-вращательной электродрели под углом к дневной поверхности на глубину 2-3 м, жестко стянутые на поверхности стальной рамой по размерам станины УСЗ, обозначат в толще грунта боковые ребра правильной усеченной пирамиды единой анкерной системы (по аналогии с корнями дерева), создающей сопротивление выдергивающему усилию (Фиг. 15).

1. винтовые валы, 2. винтовые пары, 3. стойки, 4. гнезда с упорными подшипниками, 5. подвижная траверса, 6. верхние неподвижные траверсы. 7. станина, 8. корпус с передаточным механизмом, 10. нижняя неподвижная траверса. 11. колонна зондировочных штанг.12. бетонное перекрытие, 13. бетонное покрытие, 14. грунтовое основание,

Преимущества такого предложения - 1. Возможность установить УСЗ в труднодоступных участках. 2. Уменьшение трудозатрат на устройство анкерной системы. 3. Минимальные потери при невозможности обратного вывинчивания стяжных винтов.

В качестве бурового наконечника при завинчивании стяжного винта могут служить обычные шурупы соответствующего диаметра, приваренные к торцу, либо заточка винта на конус. Для соблюдении равных углов наклона при ввинчивании стяжных винтов используется стальная шаблонная рама с приваренными по углам наклонными направляющими патрубками (Фиг. 16). Перед ввинчиванием стяжных винтов в толще грунтов предварительно просверливаются лидерные отверстия по диаметру стяжных винтов на глубину до 1 м (Фиг. 17, 18), после чего по направлению лидеров производится ввинчивание стяжных винтов и их жесткое зацепление со стальной шаблонной рамой и станиной установки при помощи стяжных гаек. При этом преимущество наличия бетонного покрытия пола подвала перед земляным очевидно (Фиг. 19, 20).

13. бетонное покрытие, 14. грунтовое основание,

15. стяжная гайка, 16. стальная рама. 17. стяжные винты.

Сопротивление грунтов сдвигу при определении удерживающей силы анкера определяются расчетами, учитывающими сцепление и угол внутреннего трения. Для разных фунтов оно разное. Выполнение конструкции обеспечит возможность проведения натурных испытаний на удержание такой анкерной системы при различных углах сцепления стяжных винтов с толщей фунта без бетонного покрытия.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1, 2 показаны фото УСЗ компании «Курганавторемонт», на которой установлен механизм винтовой зондировочный МВЗ-01.

На фиг. 3 показан первый вариант схемы компоновки УСЗ.

Под номером 1. винтовой вал.

Под номером 2. винтовая пара.

Под номером 3. стойка.

Под номером 4. гнездо с упорными подшипниками.

Под номером 5. подвижная траверса.

Под номером 6. верхняя неподвижная траверса.

Под номером 7. станина.

Под номером 8. корпус с передаточным механизмом.

Под номером 9. стопорная гайка.

Под номером 10. нижняя неподвижная траверса.

На фиг. 4, 5, 6. 7, 8, 9 показаны фото выполненного опытного образца УСЗ.

На фиг. 10 показан упорный подшипник.

На фиг. 11 показан образец стяжного винта со стяжной гайкой.

На фиг. 12 показана роликовая винтовая пара в разрезе.

На фиг. 13 показана схема шариковой винтовой пары.

На фиг. 14 показан второй вариант схемы компоновки УСЗ с упором в потолок.

Под номером 1. винтовой вал.

Под номером 2. винтовая пара.

Под номером 3. стойка.

Под номером 4. гнездо с упорным подшипником.

Под номером 5. подвижная траверса.

Под номером 6. неподвижные траверсы.

Под номером 7. станина.

Под номером 8. корпус с передаточным механизмом.

Под номером 11. колонна зондировочных штанг.

Под номером 12. бетонное перекрытие.

Под номером 13. бетонное покрытие.

Под номером 14. фунтовое основание.

Под номером 17. стяжной винт.

На фиг. 15 показан второй вариант схемы компоновки УСЗ с анкерным зацеплением с грунтом с бетонным покрытием.

Под номером 1. винтовой вал.

Под номером 2. винтовая пара.

Под номером 3. стойка.

Под номером 4. гнездо с упорным подшипником.

Под номером 5. подвижная траверса.

Под номером 6. неподвижные траверсы.

Под номером 7. станина.

Под номером 8. корпус с передаточным механизмом.

Под номером 11. колонна зондировочных штанг.

Под номером 12. бетонное перекрытие.

Под номером 13. бетонное покрытие.

Под номером 14. фунтовое основание.

Под номером 15. стяжная гайка.

Под номером 17. стяжной винт.

На фиг. 16 показана стальная рама из уголков с направляющими патрубками для высверливания лидерных отверстий под анкерную систему.

На фиг. 17, 18 показано высверливание анкерных отверстий в бетоне и грунте.

На фиг. 19 показана схема ввинчивания отрезков стяжных винтов с наконечниками в грунт с последующим зацеплением с рамой стяжными гайками.

На фиг. 20 показана схема-рисунок анкерной системы, смонтированной из стяжных анкерных винтов и стальной рамы.

Под номером 13. бетонное покрытие.

Под номером 14. фунтовое основание.

Под номером 15. стяжная гайка.

Под номером 16. стальная рама.

Под номером 17. стяжной винт.

Изобретение относится к строительству, а именно к испытанию грунтов методом статического зондирования в труднодоступных участках. Установка статического зондирования содержит винтовой механизм зондировочный и включает два или более винтовых валов с возможностью синхронного вращения, расположенных параллельно колонне зондировочных штанг, связанных общей подвижной траверсой для упора колонны зондировочных штанг. Технический результат состоит в обеспечении компактности устройства и повышении надежности работы при статическом зондировании грунтов, снижении эксплуатационных расходов. 2 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Установка статического зондирования, содержащая винтовой механизм зондировочный, отличающаяся тем, что включает два или более винтовых валов с возможностью синхронного вращения, расположенных параллельно колонне зондировочных штанг, связанных общей подвижной траверсой для упора колонны зондировочных штанг.

2. Установка статического зондирования по п. 1, отличающаяся тем, что опорные стойки установки при создании давления используются как телескопические стойки для упора в потолок.

3. Установка статического зондирования по п. 1, отличающаяся тем, что опорные стойки установки при вертикальном перемещении подвижной траверсы используются как направляющие.