Устройство для образования уширений Советский патент 1985 года по МПК E21B7/30 E21C37/00 

f fИзобретение относится к строительству свайных оснований и фундаментов в грунтах и может быть использовано для повышения к&сущеЛ способности полых свай путем формирования на их участках ушйрений энергией камуфпетного взрьша зарядов взрывчатых веществ (ВВ). Известен способ образования уширений сваи взрывами основного и дополиительного заряда ВВ. Способ осуществляет устройство с обсадной трубой с размещением у ее основания основного заряда ВВ для образований камуфпетного уширения С 3 . Недостатки устройства - образование уюирений возможно только в нижней части скважины, большая трудоемкость и повышенная опасность, связанная с необходимостью дважды выполнять взрывные работы на одном и том же участке скважины, а также с заведе1шем металлической оболочки с дополнительным зарядом в камуфиет-г иую полость,Опасность закупорки ствола сван (обсадной трубы) и камуфлиру емой полости забоечной массой при большом ее количестве по весу и объ му, низкий КПД взрыва основного и до полнительного зарядов, опасность выброса слабой забойки и разлета ее с образованием сильных ударных воздушных волн, отрицательно влиякшшх на психику людей, работающих или отдыхафщих даже на значительном расстояНИИ от места взрывных работ, ограни- ченность применения способа в черте города, вблизи населенньпс пунктов и Пр я тло1цадок других объектов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для образования уширений, включакяцее цилиндрический корпус, зарядную каме ру со взрывчатым веществом, распорный механизм, состоящий из стержня, на котором установлен клиновой элемент, взаимодействующий с клиновыми сегментаъи с рифленой наружной повер ностью, и герметизатор 2. Недостатком устройства явля ется то, что оно не зффективно и небезопасно. Цель изобретения - повьпиение зффе тивности и безопасности работ. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для образования уши рений, включающем цилиндрический кор 22 пус, зарядную камеру со взрывчатым веществом, распорньй механизм, состоящий из стержня, на KOTOpcii установлен клиновой элемент, взаимодействующий с клиновыми сегментами с рифленной наружной поверхностью, и герметизатор, стержень выполнен в виде штока с верхним и нижним поршнями, зарядная камера выполнена в виде корпуса, подвешенного к стержню посредством гибких нитей, герметизатор выполнен в виде утяжелителя с подвеской и с цилиндрической полостью, в которой размещен верхний поршень с возможностью перемещения, а нижний поршень выполнен в виде набора дисков с упруго-эластичными пластинами на концах и установлен в ципиндри™ ческом корпусе с возможностью перемещения в нем, при этом устройство снабжено дополнительными клиновьми элементами с комплектами клиновых сегментов, которые подпружинены посредством упругих колец разной жесткости, увеличивающейся от нижнего комплекта клиновых сегментов к верхнему, На фиг. t показано устройство с вырезом его левой четверти и вырывом правой четверти корпуса сваи, продольный разрез , на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. t (свободное состояние); на фиг. 3-7 - моменты работы устройства и формирования камуфлетных уширений на з астках сваи на фиг. 8 разрез Б-Б на фиг. 3, (момент расклинивания клиновых сегментов). Устройство состоит из стержня 1, нижний конец которого заканчивается головкой 2 с осевым глухим каналом, в котором при помощи.элемента 3 жестко закреплен зсвостовик 4 с монтажной шайбой 5. Между торцами головки 2 и монтазкной шайбой 5 расположен поршень, выполнениьй в виде насаженных на хвостовик дисков 6 и упругозластичных пластин 7. К монтажной шайбе 5 снизу прикреплен предохранительный диск 8 из дерева, к которому на растяжках 9 из гибких прочных нитей подвешен корпус 10 с размещенным внутри -него зарядом ВВ 11 и инициатором взрыва, провода 12 которого выв едены из удлиненной полости 13, например сваи, и подсоединены к магистральной линии проводов и взрывной машинки (не показано).Нижняя часть сваи может быть свободной , или заполненной бетоном 14.

На стержне 1 коаксиально насажены с возможностью свободного перемещения вдоль оси стержня 1 двухсторонние клиновые диски 15,- между которыми концентрично относительно стержня 1 размещен комплект клиновых сегментов 16, стянутых упругими пружинистыми кольцами 17. Рабочие клиновые поверхности клиновых сегментов 16 и клиновых дисков 15 имеют равную конусность. Наружная цилиндрическая поверхность клиновых сегментов 16 выполнена рифленной. Диаметр окружности, описанной по всем точкам цилиндрической поверхности конических сегментов в радиальной плоскости при их максимальном приближении к внутренним стенкам удлиненной полости, принят равньм диаметру указанной полости. Сверху последнего комплекта клиновых сегментов 16 размещен односторонний клиновый диск 18, а на нем Цилиндрическая часть днища 19, входящего в состав зггяжелителя герметизатора. На днище 19 смонтирован цилиндр 20 утяжелителя с жестко закрепленным на нем элементом 21 для подвески к захватному устройству 22 на тросе 23 подъемного механизма крана или сваебойного копра (на фиг. 1 не показано)

Устройство работает следующим образом.

Полая свая 13 погружается в грунт на заданную глубину удараш копрового молота или другой известной сваебойной установкой. Заряд ВВ II, размещенный в корпусе to, подвеашвается при помощи гибких нитей 9 к предохрани- тельному диску 8, прикрепленному к порщню устройства, и опускается вместе с ним вовнутрь сваи к участку формирования уширеМйя. При зтом образуется герметичная камера, ограниченная снизу бапиаком сваи или торцом колонки бетона, с боков - стенками участка сваи, а сверху - торцом всего устройства, служащим в данном случае массивной забойкой. Заряд ВВ, подвешенный к забойке и размещеинмй в герметичной камере с необходимыми воздзш - ными зазорами к ее внутренней поверхности, подрывают (фиг. 3). При этом продукты детонации действуют на внутренние поверхности герметичной камеры сдиой из стенок которой является торец устройства забойки, вьшолненной

в виде поршня. Поскольку воздушный кольцевой зазор между зарядом ВВ и внутренними стенками цилиндрической части сваи значительно меньше зазора между зарядом ВВ и торцом поршня устройства, действие заряда ВВ передается прежде всего стенкам сваи, которые разрушаются, выгибаются наружу и образуют своеобразный ерш, чему способствует предварительное ослабление стенок сваи (при ее изготовлении или непосредственно перед ее погружением) на заданных участках ее продольными и поперечными надрезами на полосы с возможностью образования под действием взрыва лепестков ерша При формировании камуфлетной полости лепестки ерша, выгибаясь, уплотняют грунт, делая стенки полости весьма УСТОЙЧИВЫМ. Качественному формированию камуфлетной полости максимального объема способствует, главным образом, длительное воздействие высокого давления продуктов детонации заряда ВВ. Достигается это благодаря тому, что заданной полости, куда помещен заряд ВВ, придана максимальная герметичность на время полного завершения взрыва. Этому, способствует конструкция забойки, а именно, наличие в ней поршня, плотно пгимыкающего к стенкам сваи упруго эластичньми пластинами 7, и комплектов клиновых устройств, распирающихся клиновыми сегментами в стенки сваи под воздействием сжимающих продольных сил, возникаюцрсх в результате дей ствия снизу на поршень газов взрыва а сверху - инерцией массы верхней части забойки с утяжелителем. При этом в первую очередь распирается первый от поршня коюшект клиновых сегментов, чему способ твует и меньшая жесткость стягивающего клиновые сегменты упругого кольца 17, Если под действием газов взрыва первый клиновой комплект не полностью расклинивается и перемещается зверх, то в работу вступает очередной комплект и так до последнего клинового комплекта, находящегося в полобти сваи, после чего в работу вступает утяжелитель. Общая масса забойки подбирается экспериментально в зависимости от веса взрываемого заряда. В случае необходимости масса забойки может бьггь уменьшена или увеличена изменением веса утяжелителя. Но во всех случаях соотношение между выталкивакяцей силой продуктов детонации и заряда ВВ и иассой забойки принимается таким, чтобы забойка ни1{огда самопроизвольно не выбрасьшалась бы из полости сваи, а газы взрыва не прорывались бы из устья сваи в количестве и со скоростью, вызывающих опасные ситуации даже в непосредствениой близости от устья сваи. После полного завершения взрыва и образования камуфпетной полости (фиг. 3) забойку из лолости сваи извлекают, поднимая .ее тросом 23. В нижнюю часть полости лодают бетон или иной скреплянщий (гидроизопирую. щий) раствор (фиг. 4) Бетон подают в количестве, достаточном для заполнения образованием камуфлетной полости в грунте и из расчета подъема уродня торца колонки бетона до места формирования очередного камуфлетного уширения (фиг. 4). Затем в полость сваи вновь опускают заряд ВВ 11, размещенный а корпусе 10 и подве11 енный к торцу (забойки) при помощи гибких Н1},тей 9 (фиг. 5) В результате заряд ВВ вновь оказывается расположенньм в центре герметичной камеры, ограниченной снизу торцом колонки бетона с боков - стенками сваи, а сверху торцом забойки. После взрывания заряда образуетс очередная камуфлетная полость,при образовании .которой происходит одновре менно сильное уплотнение нижерасполо женного бетона давлением взрывных га зов, действзпощих на торец колонки бе тона и понижаю1цих уровень торца равнить фиг. 6 и фиг. 5), и еще лучшее уплотнение бетона в камуфлетном ушир нии и в полости сваи. Затем в полос сваи вновь подают порцию бетона, заполняя камуфлетную полость и часть ствопа сваи ниже и выше ее. Внутрь сваи вновь опускают забойку с подвешенным к ней зарядом ВВ, который подрывают для образования очередной камуфлетной полости (фиг. 7). Так, взрывая заряд за зарядом последова- тельно в направлении снизу вверх и заполняя бетоном образовывающиеся ка муфлетные полости, создают сваю с многократными уширециями по высоте без разрьгаа сплошности бетона на любом участке сваи. Очевидно,; что по мере деформирования камуфлетных полостей, располагаемых все ближе к дневной поверхности земли, величина заряда ВВ умен шается, если бып принят предельным для камуфлета вес первого снизу) заряда ВВ, с тем, чтобы полностью исключить возможное образование воронки взрыва. . Таким образом, преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипам (принятым за базовый -.. объект) сводятся к следующему. Отпадает необходимость выполнять сложные работы по формированию внутри сваи герметичной камеры при помощи перегородок. Упрощается процесс заведения заряда ВВ к месту формирования уширений. Появляется возможность многократного производства уширений по высоте сваи. Исключается необходимость в потреблении любого материала для забойки, кроме предлагаемого устройства, служащего в качестве неразрушаемой и многоразового применения забойки.Повьш1ается КПД взрыва, в связи с чем появляется воз-: можность снизить величину зарядов ВВ без уменьшения объема камуфлетной полости. Кроме того, в случае применения бетона обеспечивается качественное заполнение им всех образованных полостей .без разрыва сплошности бетона во всем стволе, что значительно увеличивает несущую способность сваи.

2Ъ

детой

/J

. фиг. i

Фиг. 2

Фи.Ъ Фиг. ЦФиг. 5 Фиг.д Фиг.7

6-6

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАШМ З ШИРЕНИЙ, включающее цилиндрический корпус, зарядную камеру со взрывчатым веществом, распорный механизм, состояо ий из стержня, на котором установлен клиновый элемент, взаимо: действующий с клиновыми сегментами с рифленной наружной поверхностью, и герметизатор, отличающе «w е с я тем, что, с целью повышения эффективности и безопасности работ, стержень выполнен в виде штока с верхним и нижним поршнями, зарядная камера вьшолнена в виде корпуса, подвешенного к стержню посредством гибких нитей, герметизатор выполнен в виде утяжелителя с подвеской и с цилиндрической полостью, в которой размещен верхний поршень с возможностью перемещения, а нияший поршень выполнен в виде дисков с упруго-эластичными пластинами на концах и установлен в цилиндрическом корпусе с возможностью перемещения в нем, при этом устройство снабжено дополнительными клиновыми элементами с комплектами (Л клиновых сегментов, которые подпруяшнёны посредством упругих колец . разной жесткости, увеличивающейся от нижнего комплекта клиновых сегментов 8 к верхнему. ОО ;о 00 1C to