Устройство для погружения в грунтСТРОиТЕльНыХ элЕМЕНТОВ и МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК E02D5/74 E02D7/22 

Изобретение относится к строител ству и может быть использовано для погру.жения в грунт анкеров при стро ительстве магистральных трубопровод а также для погружения в грунт различных материалов. Известно устройство для погруже.ния в грунт строительных элементов типа винтовых свай, анкеров вк.лючающее полый вал для размещения в нем винтовых свай, аикера и привод причем полый вал снабжен винтовой лопастью, направление которой противоположно направлению винтовой ло пасти сваи, анкера,и прижимными роликами 1. Известно также устройство для погружения в грунт строительных эле ментов и материалов, включающее полую винтовую штангу для размещения внутри нее погружаемого элемента и привод вращения 2. Недостаток известных устройств - низкая эффективность погружения, поскольку отсутствует возможность вьщвижения в грунте из винтовой штанги погруженного изделия. Цель изобретения - повышение эффективности погружения. Указанная цель достигается тем, что устройство для погружения в грунт строительных элементов и материалов, включающее полую винтовую штангу для размещения внутри нее погружаемого элемента и привод вращения, снабжено механизмом выдвижения погружаемого элемента, размещенным внутри полой штанги. Причем штанга выполнена составной по длине из соединенных между собой быстросъемными захватами элементов, а механизм выдвижения вьтолнен в виде обоймы, жестко соединенной со стенками винтовой штанги, трубы, установленной внутри обоймы с возможностью перемещения и имеющей на концах упоры, а также пружины, разме-.. щенной между обоймой и одним к упоров трубы. Кроме того, механизм вьщвижения вьтолнен в виде обоймы , с установленным в ней подпружиненным толкателем, взаимодействующим о погружаемым элементом, механизм вьадвижения выполнен также в виде силового цилиндра и взаимодействующего с ним ., толкателя, контактирующего с погружаемым элементом. Устройство снабжено головкой с тяговым тросом, выполненным в виде двух конусов и двухступенчатого полого цилиндра, пpи lЫкaющeгo к их основаниям, причем на большей ступени цилиндра выполнен паз, в котором размещен выступ, образованный на конце винтовой штанги. При этом головка имеет прикрепленный к ОДНОМУ из конусов рым, к которому присоединен конец тягового троса, пропущенный через отверстие, образованное в вершине другого кону са, снабженного опорной скобой, она снабжена режувдими элементами, монтированными на конусе, выступающем винтовой штанги, головка выполнена составной из продольных частей, сопряженные плоскости которых имеют криволинейную форму с радиусом, равн радиусу винтовой штанги. На фиг. 1 изображено устройство с инвентарной головкой, общий вид; на фиг. 2 - продольный разрез устройства с установленным в нем двухъ ярусным анкером с раскрывающимися упорами; на фиг. 3 - устройство, пр дольный разрез; на фиг. 4 -.вариант выполнения механизма выдвижения; на фиг. 5 - инвентарная головка; на фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 - контейнер для погружаемого материала, общий вид; на фиг. 8 - вид по стрелке Б на фиг. 7; на фиг. передняя часть устройства с инвентарной головкой и контейнером, разрез; на фиг. 10 - один из варианто выполнения инвентарной головки; на фиг. 11 и 12 - скважина, проделанна грунте инвентарной штангой, попереч ный разрез; на фиг. 13 - вариант вы полнения инвентарной головки состав ной; на фиг. 14 - разрез В-В на фиг. 13; на фиг. 15 - вид на головк на фиг. 13 сверху; на фиг. 16 - раз рез Г-Г на фиг, 14. Устройство включает полую составную штангу 1 с винтовой лопастью 2, на переднем торце штанги выполнен выступ 3 для соединения с инвентарной головкой 4, на д Зугом конце штан ги выполнена резьба, с помощью которой закреплена крышка 5 со стержнем 6 для соединения с приводом вращения Внутри штанги 1 расположен механизм выдвижения погружаемого элемента. Механизм выдвижения выполнен в виде прикрепленной к стенке штанги посредством винтов 7 обоймы 8, установленной внутри нее с возможность продольного перемещения трубы 9, имеющей на концах упоры, передний - упор 10 выполнен в виде раструба, постепенно расширяющегося до диаметра отверстия трубы 9, а внешняя его часть отогнута и образует карман 11 Другой упор 12 выполнен в виде цилиндрического кольца. Упоры 10 и. 12 исключают осевое перемещение трубы 9 Между наружной поверхностью трубы 9 и внутренней поверхностью винтовой штанги 1 размещена цилиндрическая пружина 13, один виток которой упирается в торец обоймьз 8, а другой заходит в карман 11. Для обеспечения погружения элементов на длину, превышающую ход пружи|ны, в стенке винтовой штанги выполнен ряд отверстий под винты 7 для обеспечения перестановки обоймы 8. Механизм вьщвижения выполнен в виде обоймы 14, прикрепленной к внут ренней стенке.штанги 1 с толкателем 15, имеющим тарельчатый выступ 16. Толкатель установлен с возможностью перемещения в обойме 14 вдоль штанги 1. На выступ 16 оперта цилиндрическая пружина 17, к толкателю 15 прикреплен стержень 18, имеющий на конце тарельчатый выступ 19, контактирующий с погружаемым элементом. Для погружения элементов различной длины имеет набор стержней разной длины. Механизм выдвижения выполнен в виде силового цилиндра . (пневматичес кого или гидравлического), устанавливаемого вместо пружины 17. Поршень силового цилиндра взаимодействует на толкатель 15, а через, него на погружаемый элемент. . Устройство также включает инвентарную головку для разбуривания грунта под скважину. Инвентарная головка состоит из конусов 20 и 21 и примыкающего к их основаниям двухступенчатого полого цилиндра 22, на большей ступени которого выполнен паз 23 для размещения в нем выступа 3-винтовой штанги 1. Головка имеет прикрепленный к одному из конусов рым 24., к которому присоединен конец тягового троса 25,. пропущенного через отверстие, образованное в вершине другого конуса 21, снабженного скобой 26. Длина тягового троса 25 на 15-20 см больше длины погружаемого изделия (контейнера). Инвентарная головка при погружении изделий и материалов в твердые и мерзлые грунты выполнена усеченной. При использовании такой головки вместе с ней в винтовую штангу вставляются вкладыши для исключения попадания грунта из скважины внутрь винтовой штанги. Форма вкладышей должна соответствовать форме усеченных частей инвентарной головки. При работе в твердых грунтах инвентарная головка снабжается режуцими пластинами 27. Головка выполнена составной из продольных частей 2830, сопряженные плоскости которых имеют криволинейную форму с радиусом, равным радиусу винтовой штанги. Устройство работает следующим образЬм. Винтовую штангу 1 присоединяют к приводу вращения установки для погру жения анкеров (на чертеже не показана) , затем в нее с переднего торца вкладывают тяговой трос 25, который одним концом прикреплен к внутренней поверхности винтовой штанги, а другим - к инвентарной головке 4, затем помещают в винтовую штангу 1 погрух а емый в грунт элемент (контейнер), вставляют инвентарную головку 4, так что выступ 3 входит в паз 23, при этом пружина 13 механизма выдвижения сжимается. При необходимости погружения в грунт измерительного прибора или материала их помещают в контейнер 31, который выполнен в вид тонкостенного цилиндра, одно из осно ваний последнего срезано плоскостью, проходящей к его оси под углом, соответствующим углу конуса 21 головки 4. В центре днища контейнера 31 выполнена площадка 32, перпендикулярна его продольной оси, на которую устанавливается опорная скоба 26 при введении в винтовую штангу вслед за контейнером 31 инвентарной головки 4 На одной боковой стороне контейнера 31 прикреплены пластины 33 с заостренными краями для врезания в стенку .скважины, на противоположной стороне контейнера 33 имеется желоб 34, в который укладывается тяговый трос 25, кроме того контейнер имеет отверстие перекрытое крышкой 35. При необходимости исключения непосредственного соприкосновения элемента или материала после погружения с грунтом контейнер не используют, а во внутреннюю полость БИНТОВОЙ штанги вкладывают пыж, выполненный из листового, прорезиненного материала, проталкивают его до касания с упором 10 механизма выдвижения, после этого закладывают погружаемый материал (изделие) и опять вставляют пыж, пос ле чего устанавливают инвентарную головку 4, Если же погружаемое изделие имеет свою головку как на фиг.2 и 3, то инвентарная головка 4 не используется. По-ружение их в грунт осуществляется только приводом Bpaiue ния с механизмом вьщвижения. росле установки погружаемого изделия в шта гу 1 и подсоединения ее к приводу вращения установки, штангу 1 переводят в вертикальное положение и острием головки 4 устанавливают на грун в том месте, где требуется погрузить элемент и осуществляют погружение штанги 1 путем передачи на нее крутя щего момента. Инвентарная головка 4 лопасть винтовой штанги 1, вращаясь, срезают грунт, образовывая скважину. При погружении винтов т лопасть, действуя как. шнек, поднимает срезанный грунт на поверхность. По достиже нии заданной глубины погружения вращение штанги прекращают. Операция погружения завершена. Приступают к проведению следующих операций: отделению в грунте от винтовой штанги инвентарной головки и изделия, подъема винтовой штанги на поверхность и извлечению из грунта инвентарной головки. Для подъема штанги опять включают В работу вращатель, при этом он совершает вра1цательное движение и одно временно поднимается вверх. Направление вращения дают противоположное тому, которое производилось при погружении, происходит как бы вывинчивание винтовой штанги из грунта. С самого начала операции подъема штанги начинается также выполнение операции отделения инвентарной головки 4 .и изделия. Происходит это следующим порядком: с подъемом винтовой штанги прекращается осевое давление на инвентарную головку 4, поэтому пружина 13, которая находится в сжаТчОМ состоянии начинает удлиняться и своей силой, передаваемой упором 10 на задний торец погружаемого элемента (контейнер) удерживает в грунте, (не давая подниматься со штангой) инвентарную головку 4 и погружаемый -элемент. А так как последние вложены в штангу с достаточным зазором, то начинается выдвижение их иЭ штанги. Конечно, фактически не инвентарная головка 4 и погружаемый элемент выдвигаются из штанги: напротив, они остаются в грунте на месте, а винтовая штанга, поднимаясь, сползает с них вверх. За счет срабатывания деталей механизма выдвижения одновременно с подъемом винтовой штанги совершается операция отделения от штанги (выход из ее внутренней полости) инвентарной головки 4 погружаемого элемента(контейнера). Так продолжается до полного выхода инвентарной головки погружаемого элемента (контейнера) из штанги, т.е. до завершения операции отделения. Операция вывинчивания и подъема винтовой штанги продолжается дальше, при этом из штанги выходит тяговый трос 25, точнее сказать т.е. 1520 см тягового троса 25, на которые он длиннее погружаемого элемента (контейнера). Как только тяговый трос 25 из винтовой штанги полностью выходит и натягивается (так как конец его закреплен к винтовой штанге) , он тянет инвентарную головку 4. Благодаря тому, что часть троса 25 размещена в желобе 34, он тянет инвентарную 1оловку 4 не по оси сквахсины, а под некоторым углом к ней. Вследствие смещения от геометрической оси скважины в сторону опорная скоба 26 (фиг. 7 и 9) соскакивает с площадки 32 и конус .21 инвентарной головки 4 начинает скользить по наклонной плоскости переднего торца контвйнера 31. Если в 1рунт погружается. из делие, а не контейнер, то его передний торец должен иметь т.кое же устройство, как указано на фиг. 7 и 8 у контейнера. Перемещаясь вверх и скользя по названной наклонной плоскости, инвентарная головка 4 в сква,жине устанавливается рядом с контейнером. Если погружение осуществля ется в твердый (мерзлый) грунт, то используется усеченная инвентарная головка и контейнер с усеченной инвентарной головкой уместятся в площа ди поперечного сечения скважины, не вдавливаясь в ее стенки (фиг. 12). Вкладыши же перед погружением, встав ленные в винтовую штангу вместе с усеченной инвентарной головкой, отделяются от последней, остаются в грунте и с ней не поднимаются вверх по скважине (они одноразового исполь зования) . Если же погружение осущест ляется в мягкий грунт, то используется инвентарная головка 4 исполнения (фиг. 5 и б). В этом случае контейнер и головка уже не умещаются в площади поперечного с.гчения скважины (фиг. 1) и при протаскивании головки мимо контейнера происходит взаимное частичное вдавливание их в мягкую стенку скважины. Так как мягкая стен ка скважины не оказывает большого со противления, а объем вдавливания невелик,.то при протягивании инвентарной головки рядом с контейнером боль ших .усилий на тяговом тросе 25 не возникает. Для избежания перемещен1 я контейнера вверх поскважине, которо может возникнуть при вытягивании инвентарной головки 4, он имеет пластины. При первом же движении инвентарной головки вверх пластины 33 вдавливаются в стенки скважины и исключают возможность перемещения контейнера вдоль оси скважины. Особое значение имеет совокупност признаков. Наличие заднего конуса 21 прохождения тягового троса 25 через отверстие, помещенное в вершине конуса 21, крепления конца 1ягового троса 25 к рыму24,находящемуся на геометрической оси инвентарной головки 4. Именно эта совокупность при вытягива нии инвентарной головки 4 из грунта обеспечивает самоцентрирование голов ки 4 по геометрической оси скважины. Лишь проходя мимо контейнера, инвентарная головка 4 отклоняется от названной оси, а миновав контейнер, снова возвращается на геометрическую ось скважины и поднимается вверх точно по ней. Благодаря этому осуществляется снижение усилия, необход мого для извлечения на поверхность инвентарной головки 4, она не зарывается в нетронутый грунт, который оказал бы чрезвычайно большое сопротивление (в этом случае пришлось бы головку 4 вытягивать специальной, мощной лебедкой), а движется вверх по готовой пустой скважине, практически не встречая никаких препятствий. Формула изобретения 1.Устройство для погружения в грунт строительных элементов и материалов, включающее полую винтовую штангу для размещения внутри нее погружаемого элемента и привод вращения, отлича ющееся тем, что, с целью повьшения эффективности погружения, оно снабжено механизмом выдвижения погружаемого элемента, размещенным внутри полой штанги. 2.Устройство по П.1, о т ,л и чающееся тем, что штанга выполнена составной по длине из соединенных между собой .быстросъемными захватами элементов. 3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности погружения строительных элементов с тягой, механизм выдвижения выполнен в виде обоймы, жестко соединенной со стенками винтовой штанги, трубы, установленной внутри обоймы с возможностью перемещения и имеющей на концах упоры, а также пружины, размещенной между обоймой и одним из упоров трубы. 4.Устройство по П.1, отличающееся тем, что механизм выдвижения выполнен в виде обоймы с установленным в ней подпружиненным толкателем, вазимодействующим с погружаемым элементом. 5.Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что механизм выдвижения выполнен в силового цилиндра и взаимодействующего с ним толкателя, контактирующего с погружаемым элементом. 6.Устройство по П.1, отличающееся тем, что оно снабжено головкой с- тяговым тросом, выполненным в виде двух конусов и двухступенчатого полого цилиндра, примыкающего к их основаниям, причем на большей ступени цилиндра выполнен паз, в котором размещен выступ, образованный на конце винтовой штанги, при этом головка имеет прикрепленный к одному из конусов рым, к которому присоединен конец тягового троса, пропущенный через отверстие, образованное в вершине другого конуса, снабженного опорной скобой. 7.Устройство по п.б, отличающееся тем, что головка снабжена режущими элементами, монтированными на конусе, выступающем ИЗ винтовой штанги.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что головка выполнена составной из продольных частей, сопряженные плоскости которых имеют криволинейную форму с радиусом, равным радиусу винтовой штанги.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 554349, кл. Е 02 D 7/22, 1975.

2.Патент США № 3896890, кл. Е 02 D 5/80, 1975.

lfut.3

фиг. 9

/I-А

го

iput.8

Риг.7

гз

- 14

-r

21

и

IS

Iput. 10