Устройство для образования скважин и нагнетания в грунт раствора Советский патент 1989 года по МПК E02D3/12 E02D7/00 

1

(61) 1310478

(21)4348114/29-33

(22)23.12.87

(46) 07.10.89. Бкот. № 37

(71)Всесоюзный центральный научно- исследовательский и проектный институт Гипронисельпром

(72)В.М.Нестеренко, П.Ф.Иваненко и Л.С.Чабанов

(53)624.138.24(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР

№ 1310478, кл. Е 02 D 3/12, 7/00, 1985.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН И НАГНЕТАНИЯ В ГРУНТ РАСТВОРА

(57)Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению грунтов и образованию свай в основаниях зданий и сооружении и направлено на повьшение эффективности за счет ускорения проходки скважин и повьппе- ния надежности работы. Это достигается тем, что корпус имеет присоединенный к нему посредством крепежного приспособления удлинитель в виде соосно герметично соединенных трубчатых элементов. Днище последних выполнено в виде вертикально перемещаемого подпружиненного клапана с конусообразной наружной частью. Отходящий от золотникового распределителя к манометру трубопровод имеет перекрываемое запорным приспособлением отверстие. Диаметр корпуса превышает диаметр трубчатых элементов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению грунтов и образованию свай в основаниях зданий и сооружений, и направлено на повышение эффективности за счет ускорения проходки скважин и повышения надежности работы. Это достигается тем, что корпус имеет присоединенный к нему посредством крепежного приспособления удлинитель в виде соосно герметично соединенных трубчатых элементов. Днище последних выполнено в виде вертикально перемещаемого подпружиненного клапана с конусообразной наружной частью. Отходящий от золотникового распределителя к манометру трубопровод имеет перекрываемое запорным приспособлением отверстие. Диаметр корпуса превышает диаметр трубчатых элементов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению грунтов и образованию свай в основаниях зданий и сооружений, и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1310478.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет ускорения проходки скважин и повьш1ение надежности работы.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг.З - уз.ел II на фиг о 1 (в положении нагнетания в грунтовый массив рабочий жидкости); на фиг. 4 - узел III иа фиг.If на фиг. 5 - узел IV на фиг. 1.

Устройство для образования скважин и нагнетания в грунт раствора содержит

корпус 1, соосно присоединенный к нему рабочий цилиндр 2 с поршнем 3 и штоком 4, привод поршня в виде силового гидроцилиндра 5, наконечник 6 с установленным в нем клапаном 7, напорными отверстиями 8 и каналами 9 и 10. Наконечник 6 присоединен к цилиндру 2, который соединен с корпусом 1 на резьбе или с помощью соединительной втулки 11. Надпоршневая полость 12 цилиндра 2 перекрыта диафрагмой 13 и сообщается через отверстие 14 в диафрагме 13, патрубок 15 и клапан 16 с распределительной камерой 17, которая образована в корпусе 1 нижней крышкой силового гидроцилиндра 5 и установленной в корпусе 1 диафрагмой 18. Кроме того, надпоршневая полость 12 через отверстие 14, патрубок 15, отвод

JEE-i

3151308

19, клапан 20 и трубопровод 21 сообщается с каналом 9 и напорньмн отверстиями 8 наконечника 6. Подпоршневая полость 22 цилиндра 2 через канал 10, - трубопровод 23 и патрубок 24 с клапаном 25 сообщается с распределительной камерой 17. Для поступления рабочей жидкости в камеру 17 предназначен боковой патрубок 26. На силовом гидроцию линдре 5 установлен гидродинамометр 27 с нижней 28 и верхней 29 замкнутыми камерами, поршнем 30 и штоком 31 с закрепленным на нем оголовком 32. Нижняя 28 и верхняя 29 камеры через 15 патрубки 33 и 34 сообщаются с регистраторами давления - манометрами 35 и 36. Надпоршневая 12 и подпоршневая 22 полости цилиндра 2 через трубки 37 и 38, соединенные соответственно с 20 трубопроводом 20 и патрубком 24, связаны с золотниковым распределителем 39, золотник 40 которого выполнен с плунжером 41, камерой 42 и продольными проточками 43. Плунз ер 41 переда- ет движение на механический счетчик 44 количества жидкости. Золотниковый распределитель 39 имеет выход через трубку 45 с перекрываемым винтовым краном отверстием 46 и трехходовой 30 кран 47 на манометр 36. Наконечник 6 удлиняется с помощью трубчатых элементов 48, которые прикрепляются к нему с помощью гильзы 49 и накидной резьбовой муфты 50. Удлинитель из элемен-35 тов 48 в нижней части перекрыт днищем, состоящим из пустотелого усеченного конуса 51 и вертикально перемещаемого клапана 52 с конусообразной наружной частью, который соединен с неподвиж- 40 ной частью днища с помощью направляющего штока 53 и перфорированной втулки 54 с отверстиями 55. Дпя удержания клапана 52 в верхнем положении в перфорированной втулке 54 устанавливается 45 пружина 56, которая под давлением рабочей жидкости сжимается, при этом в днище открьшается щелевое круговое отверстие 57, величина которого регулируется в зависимости от состояния г 50 грунтового массива с помощью гайки 58 на направляющем штоке 53.

Устройство работает следующим образом.

При образовании лидерных скважин 55 погружение устройства в грунт производят силовым механизмом сваевдавли- вающего агрегата. Усилие вдавливания передается на оголовок 32. При заглублении устройства в грунт изменяется сопротивление грунта вдавливанию при этом давление в нижней камере 28 гидродинамометра 27 также изменяется и постоянно фиксируется манометром 35 о Для определения физико-механических характеристик грунта естественного сложения в определенной точке грунтового массива, в частности сопротивления грунта по острию сваи и трения по боковой поверхности, по манометру 35 в этой точке определяют общее усилие вдавливания. Затем вдавливание приостанавливают и, предварительно открыв отверстие 46 при левом крайнем положении золотника 40, осуществляют вьдергивание устройства на 5- 10 см, передавая усилие от базовой машины на оголовок 32 и шток 31.

При извлечении устройства образующийся под ним вакуум уравновешивается атмосферным давлением через открытое отверстие 46, трубку 45, золотниковую камеру 42, трубку 38 и трубопровод 21, каналы 9 и 10, полость элементов 48, отверстие 57 в днище. Устранение вакуума повьш1ает точность замера сопротивления по боковой поверхности, которое определяется давлением поршня 30, передaaaei-ibiM жидкости, находящейся в верхней камере 29 гидродинамометра 27. Возникающее в камере 29 давление передается через патрубок 34 на манометр 36. Разность общего сопротивления, определяемого по манометру 35, и сопротивления по боковой поверхности, определенного по показаниям манометра 36, дает сопротивление по нижнему концу устройства. Отнеся полученные величины трения и сопротивления по наконечнику к соответствующим площадям, получают удельное трение по боковой поверхности и удельное сопротивление по острию, необходимые для определения несзщей способности сваи. При образовании лидерных скважин или скважин для локального замачивания просадочной толщи возможен рост общего усилия вдавливания до величины, когда погружение устройства затрудняется вплоть до полного отказа

Для облегчения образования лидерных скважин в плотных грунтах используют энергию высоконапорных тонких струй жидкости, разрушая и одновременно замачивая плотный грунт под нижним концом устройства. Для этого

-

подключается в работу силовой гидроцилиндр 5, задействованный от гидросистемы базовой машины. При подаче масла от гидросистемы базовой машины, например, в подпоршневую полость си- пового гидроцилиндра 5 начинается подъем штока 4 и поршня 3 в цилиндре 2. В надпоршневой полости Т2 цилиндра 2. возникает давление, под действием которого клапан 16 закрывает доступ в распределительную камеру 17, а клапан 20 открьшается и рабочая жидкость через отверстие 14 в диафрагме 13, патрубок 15, открытый отвод 19, трубопровод 21, канал 9, отверстие 8 в наконечнике 6, полость удлинителя, отверстия 55 перфорированной втулки 54 поступает в пустотелый конус 51, давит на клапан 52 днища и истекает в грунте вый массив в виде высоконапорной струи через круговое щелевое отверстие 57, образовавшееся в результате перемещения клапана 52 под воздействием давления рабочей жидкости.

Одновременно небольшое количество рабочей жидкости через трубку 37 поступает в золотниковый распределитель 39 и через продольный паз 43 перемещает золотник 40, открывая доступ в пат рубок 45, из которого рабочая жидкость через трехходовой кран 47 передает давление на манометр 36, который в этом случае показьгоает избыточное давление рабочей жидкости в надпоршневой полости 12.

В то время, как происходит выталкивание рабочей жидкости из надпоршневой полости 12, в подпоршневой полости 22 образуется вакуум, под действием которого открывается клапан 25, и рабочая жидкость из распределительной камеры 17 через патрубок 24, трубопровод 23 высокого давления и канал 10 в наконечнике б заполняет подпоршневую полость 22. Одновременно рабочая жидкость из золотникового распредели- теля сливается через трубку 38 в под- поршневую полость 22. I

При обратном воздействии силового гидроцилиндра 5 через шток 4 на поршень 3 цилиндра 2 в подпоршневой полоти 22 образуется избыточное давление, под воздействием которого клапан 7 открывается, а клапан 25 закрывается. Рабочая жидкость через открытый клапан 7, отверстия 8, полость удлинителя, отверстия 55 перфорированной втул

10

20

55

35

- 50

ки 54 поступает в круговое щелевое отверстие 57, из которого истекает под большим давлением, разрушая и замачивая грунт. Избыточное давление в пол- поршневой полости 22 перемещает золотник 40 в другое положение, что позволяет рабочей жидкости через трубку 38 передать давление на манометр 36.

В процессе выталкивания рабочей жидкости из подпоршневой полости 22 перемещением поршня 3 вниз в надпоршневой полости образуется вакуум, под воздействием которого клапан 16 открывается, а клапан 20 закрывается (клапан 20 закрывается также под действием давления в подпоршневой полости 22), в результате чего рабочая жидкость из распределительной камеры 17 через патрубок 15 и отверстие 14 в диафрагме 13 поступает в надпоршневую полость 12.

При производстве работ, особенно в начальной стадии, или наращивании удлинителя возможно попадание воздуха в элементы 48, подводящие коммуникации 21 и 23, подпоршневую 22 и надпоршневую 12 полости рабочего цилиндра. Это приводит к снижению дав- 30 ления в рабочей жидкости, скорости

истечения и ее разрушающей способности, что снижает эффективность устройства. Для удаления воздуха необходимо открыть отверстие 46 и нагнетать рабочую жидкость до ее истечения через него без пузырьков воздуха. После того, как воздух из устройства удален, отверстие 46 закрывают, и наступает нормальная работа устройства. Количество размьгоающей жидкости или закрепляющего раствора, поступающих в грунт за один или несколько циклов, фиксируется механическим счетчиком 44, которьй приводится в движение 45 плунжером 41 и протарирован на расход жидкости.

40

Таким образом, за несколько циклов подъема и опускания поршня 3 с помощью силового гидроцилиндра 5 осуществляется проходка скважины до проект ной отметки. После этого устройство извлекают и в образованную скважину погружают сваю. В слабых грунтах одновременно с проходкой скважины осуществляют закрепление грунта нагнетанием растворов.

При извлечении устройства следует открьтать отверстие 46 для устранения

образования вакуумд. в скважине и, таким образом, для снижения затрат энергии на вьдергивание. После извлечения устройства из скважины подпружиненный - клапан 52 закрьюает круговое щелевое отверстие 57, что препятствует самоизлиянию остатков рабочей жидкости из устройства при перемещении на другую точку производства работ. Q

Устройство в отдельных случаях может д1КСШ1уатироваться и без удлините- Ля. При этом днище, состоящее из конуса 51 и клапана 52, соединенного с неподвижной частью через подпружиненный |5 шток 53 и перфорированную втулку 54, подсоединяется непосредственно к наконечнику 6 с помощью гильзы 49 и накидной муфты 50. При вдавливании устройства в грунт в таком виде исключа- 20 ется закупорка грунтом отверстий 8 в наконечнике 6, что повышает его надежность и равномерность истечения жидкости под высоким давлением. Принцип работы устройства без удлинителя ана- 25 логичен описанному.

Предлагаемое устройство в комплексе с одной базовой вдавливающей машиной позволяет осуществлять одновр - менно проходку скважин, закрепление ЗО или локальное замачивание грунта, а также определение прочностных свойств грунта в процессе проходки скважин

практически любой глубины,, что обеспечивает повьш1ение производительности труда.

Кроме того, предлагаемое устройство характеризуется повышенной надежностью и точностью определения прочностных характеристик грунтовых оснований.

Формула изобретения

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что днище удлинителя выполнено в виде вертикально перемещаемого подпружиненного клапана с конусообразной наружной частью.

Ц)иг.1

зг

л 27

х/

3Q

2S f гиаросис/т- fiifi базобоа/ аШ1/НЫ

Ол7 e/j/foc/nu с /poSot eu Сп W/V77AZ/J

S2

48

фиг. I

.J