RU2468148C2

RU2468148C2 - Device for formation of wells for filling piles

Info

Publication number: RU2468148C2
Application number: RU2011102334/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Егорович Ромакин
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-11-27
Also published as: RU2011102334A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: device for formation of wells for filling piles comprises a working element in the form of a hub with a helical blade and a cone tip rigidly connected by a tubular shaft with exhaust holes aligned perpendicularly to its axis, with a helical leader, the helical blade of which has the same winding and pitch as the helical blade of the hub, the drive of the working element in the form of a hollow rotary stem, the upper end of which is connected with a source of a gas dynamic pulse, and the lower one - to a working element. The stem is fixed to the hub of the working element via a detachable flange, and the shaft of the helical leader has a through hole, at the outlet end of which on the spring there is a bump stop. The device is equipped with a mechanism for damaging obstacles in the form of a hydraulic hammer with an extender fixed on the flange of the replaceable stem, inside of which there is a pipeline mounted for supply of the working fluid to the hydraulic hammer.

EFFECT: increased efficiency of device performance, higher bearing capacity of a filling pipe arranged in a well, provides for overcoming obstacles when arranging wells.

3 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению фундаментов на набивных сваях при строительстве зданий, мостов и проведении берегоукрепительных работ.The invention relates to the construction, namely the construction of foundations on printed piles during the construction of buildings, bridges and shore protection works.

Известно устройство для проходки скважин под набивные сваи, включающее пневмопробойник с расширителем, установленным на его корпусе [1].A device is known for driving wells under rammed piles, including a pneumatic punch with an expander mounted on its body [1].

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для образования набивных свай, содержащее рабочий орган в виде ступицы с винтовой лопастью и конусным наконечником, жестко соединенным трубчатым валом с выхлопными отверстиями, ориентированными перпендикулярно его оси с винтовым лидером, винтовая лопасть которого имеет такую же навивку и шаг, что и винтовая лопасть ступицы, привод рабочего органа в виде полой вращающейся штанги, верхний конец которой соединен с источником газодинамического импульса, а нижний - с рабочим органом [2].Closest to the proposed device in technical essence and the achieved result is a device for the formation of printed piles, containing a working body in the form of a hub with a screw blade and a tapered tip, rigidly connected to a tubular shaft with exhaust holes oriented perpendicular to its axis with a screw leader, a helical blade of which has the same winding and pitch as the helical blade of the hub, the drive of the working body in the form of a hollow rotating rod, the upper end of which is connected to the source gas dynamic pulse, and the bottom - with a working body [2].

Недостатком известного устройства является то, что при встрече с препятствием в виде камня или валуна винтовой лидер упирается в него, в результате чего момент на ввинчивание рабочего органа возрастает, что в конечном счете приводит к потере скважины.A disadvantage of the known device is that when meeting with an obstacle in the form of a stone or a boulder, the screw leader abuts against it, as a result of which the moment for screwing in the working body increases, which ultimately leads to loss of the well.

Цель изобретения - повышение эффективности действия устройства.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the device.

Для достижения поставленной цели полая штанга привода рабочего органа крепится к расширителю через съемный фланец, а вал винтового лидера имеет сквозное отверстие, на выходном конце которого на пружине установлен отбойник, при этом устройство оснащено механизмом разрушения препятствия в виде гидромолота с удлинителем, закрепленного на фланце сменной штанги, внутри которой смонтирован трубопровод для подачи рабочей жидкости гидромолоту.To achieve this goal, the hollow rod of the drive of the working body is attached to the expander through a removable flange, and the shaft of the screw leader has a through hole, on the output end of which a bump is installed on the spring, while the device is equipped with an obstacle destruction mechanism in the form of a hydraulic hammer with an extension cord mounted on the replaceable flange rod, inside which is mounted a pipeline for supplying hydraulic fluid to a hydraulic hammer.

На рис.1. представлен общий вид устройства для образования скважин под набивные сваи, на рис.2 - вид A рис.1, на рис.3 - общий вид устройства, оснащенного механизмом разрушения препятствия.In Fig. 1. the general view of the device for producing wells for rammed piles is shown, in Fig. 2 - view A of Fig. 1, Fig. 3 - general view of the device equipped with an obstacle destruction mechanism.

Устройство для образования скважин под набивные сваи содержит ступицу 1 с винтовой лопастью 2 и конусным наконечником 3, жестко соединенным трубчатым валом 4 с выхлопными отверстиями 5, ориентированными перпендикулярно его оси с валом 6 винтового лидера, винтовая лопасть 7 которого имеет такую же навивку и шаг, что и винтовая лопасть ступицы (рис.1). Вал винтового лидера имеет сквозное отверстие 8, на выходном конце которого на пружине 9 установлен отбойник 10, а на ступице расширителя закреплено кольцо 11 с внутренним конусом и двумя упорами 12, расположенными на диаметрально противоположных сторонах кольца, в которые входят захваты 13 фланца 14, жестко соединенного с полой штангой 75 (рис.2), на дневной стороне которой смонтирован источник газодинамического импульса 16. Механизм разрушения препятствий (рис.3) выполнен в виде гидромолота 17 с удлинителем 18, закрепленного на фланце 19 сменной штанги 20, внутри которой смонтирован трубопровод 21 для подачи рабочей жидкости гидромолоту.A device for forming wells for rammed piles comprises a hub 1 with a screw blade 2 and a conical tip 3, rigidly connected to a tubular shaft 4 with exhaust holes 5 oriented perpendicular to its axis with the screw leader shaft 6, the screw blade 7 of which has the same winding and pitch, as the helical blade of the hub (Fig. 1). The screw leader shaft has a through hole 8, on the output end of which a bump 10 is installed on the spring 9, and a ring 11 with an inner cone and two stops 12 located on the diametrically opposite sides of the ring, into which the grips 13 of the flange 14 are mounted, is fixed on the expander’s hub connected to a hollow rod 75 (Fig. 2), on the day side of which a gas-dynamic pulse source 16 is mounted. The obstacle destruction mechanism (Fig. 3) is made in the form of a hydraulic hammer 17 with an extension 18 mounted on the flange 19 of the replaceable head rod 20, which is mounted inside conduit 21 for supplying the working fluid Breakers.

Для образования скважины (рис.1) отбойник 10 винтового лидера устанавливают в нужную точку и вращают штангу 15. Винтовой лидер, вращаясь вместе со штангой, ввинчивается в грунт, образуя лидерную скважину, и увлекает за собой трубчатый вал 4, а вместе с ним конусный наконечник 3 и ступицу 1 в грунт. При ввинчивании винтовой лопасти 2 ступицы в грунт происходит изоляция лидерной скважины от поверхности грунта, а момент на ввинчивание устройства возрастает. В этот момент срабатывает источник газодинамического импульса 16. Ударная волна микровзрыва заполняет полости штанги, ступицы, трубчатого вала и через отверстия 5 отжимает грунт от трубчатого вала 4, расширяя лидерную скважину до нужного размера. В осевом направлении газодинамическое воздействие на грунт не распространяется, так как торцы расширяемой скважины изолированы с одной стороны винтовой лопастью лидера 7, а с другой - конусным наконечником 3 и винтовой лопастью 2 ступицы, в результате чего осевое давление газа при расширении скважины воспринимается этими элементами, дополнительно нагружая на растяжение трубчатый вал 4. В результате расширения скважины газодинамическим воздействием уменьшается осевое усилие, необходимое на расширение скважины, следовательно, и момент, необходимый на завинчивание рабочего органа. В случае возникновения препятствия перед винтовым лидером в виде камня или валуна, который препятствует осевому перемещению устройства, момент завинчивания рабочего органа достигает максимального значения, проходку скважины прекращают. Реверсируют вращение штанги 15, в результате чего фланец 14 поворачивается относительно ступицы 1, захваты 13 (рис.2) выходят из зацепления с упорами 72 и штангу вместе с фланцем 14 извлекают из скважины. После чего в скважину погружают сменную штангу 20 вместе с закрепленным на ее фланце 19 гидромолотом 17 с удлинителем 18 (рис.3). Удлинитель 18 через конусный наконечник входит в отверстие 8 вала лидера 6 до контакта с отбойником 10. После этого штангу поворачивают, захваты 13 фланца 19 входят в зацепление с упорами 12, фиксируя гидромолот 17 в ступице 1. Трубопровод 21 для подачи рабочей жидкости гидромолоту соединяют с источником давления. Для разрушения препятствия включают привод штанги 20 и гидромолота 17, который через удлинитель 18 воздействует на отбойник 10, разрушая препятствие перед винтовым лидером, а штанга 20, вращая рабочий орган, обеспечивает дальнейшую проходку. Пружина 9 обеспечивает возврат отбойника 10 после удара гидромолота в исходное положение, что позволяет энергию удара гидромолота 17 полностью сконцентрировать на разрушение препятствия. Процесс разрушения препятствия по своему действию аналогичен работе бетонолома. После проходки скважины на участке, предварительно расширенном газодинамическим импульсом, момент на вращение штанги вновь увеличится. Штангу с гидромолотом меняют на штангу с источником газадинамического импульса и ведут проходку скважины в штатном режиме до возможного появления следующего препятствия.To form a well (Fig. 1), the screw leader bump 10 is installed at the desired point and the rod 15 is rotated. The screw leader, rotating with the rod, is screwed into the ground, forming the leader well, and carries the tubular shaft 4 along with it the conical shaft tip 3 and hub 1 into the ground. When screwing a screw blade 2 hubs into the soil, the leader well is isolated from the soil surface, and the moment for screwing the device increases. At this moment, the source of the gas-dynamic impulse 16 is triggered. A microexplosion shock wave fills the cavity of the rod, hub, and tubular shaft and presses the soil through the openings 5 from the tubular shaft 4, expanding the leader well to the required size. In the axial direction, the gas-dynamic effect on the soil does not extend, since the ends of the expandable well are isolated on one side by the leader screw 7 and, on the other, by the conical tip 3 and the hub screw 2, as a result of which the axial pressure of the gas during expansion of the well is perceived by these elements, additionally loading the tubular shaft 4 in tension. As a result of the expansion of the well by gas-dynamic action, the axial force required to expand the well decreases, therefore, the moment quired for screwing the working body. In the event of an obstacle in front of the screw leader in the form of a stone or a boulder, which prevents the axial movement of the device, the moment of screwing up the working body reaches its maximum value, the well sinking is stopped. The rotation of the rod 15 is reversed, as a result of which the flange 14 rotates relative to the hub 1, the grippers 13 (Fig. 2) disengage from the stops 72 and the rod together with the flange 14 is removed from the well. After that, a replaceable rod 20 is immersed in the well together with a hydraulic hammer 17 fixed on its flange 19 with an extension 18 (Fig. 3). The extension 18 through the conical tip enters the hole 8 of the leader shaft 6 until it contacts the bump 10. After this, the rod is turned, the grippers 13 of the flange 19 engage with the stops 12, fixing the hydraulic hammer 17 in the hub 1. The hydraulic hammer 21 is connected to the pipe 21 for supplying the working fluid to source of pressure. To destroy the obstacles include the drive rod 20 and the hydraulic hammer 17, which through the extension 18 acts on the bump 10, destroying the obstacle in front of the screw leader, and the rod 20, rotating the working body, provides further penetration. The spring 9 provides the return of the bump 10 after the impact of the hydraulic hammer to its original position, which allows the impact energy of the hydraulic hammer 17 to completely concentrate on the destruction of the obstacle. The process of destruction of an obstacle in its action is similar to the work of a concrete breaker. After a well is drilled in a section previously expanded by a gas-dynamic impulse, the moment of rotation of the rod will increase again. The rod with a hydraulic hammer is changed to a rod with a gas-dynamic impulse source and the well is drilled in the normal mode until the next obstacle appears.

После проходки скважины на проектную глубину реверсируют вращение штанги 15, в результате чего захваты 13 вместе с фланцем 14 поворачиваются на 180° и входят в зацепление с упорами 12 с противоположной стороны (рис.2), обеспечивая вращение устройства в противоположном направлении. Винтовые лопасти лидера 7 и расширителя 2, которые по диаметру больше диаметра скважины, вывинчиваются из нее, оставляя на ее поверхности винтовой след, который увеличит несущую способность набивной сваи, формуемой в такой скважине.After the well is drilled, the rotation of the rod 15 is reversed to the design depth, as a result of which the grippers 13 together with the flange 14 are rotated 180 ° and engage with the stops 12 from the opposite side (Fig. 2), ensuring the rotation of the device in the opposite direction. The screw blades of the leader 7 and expander 2, which are larger in diameter than the diameter of the well, are unscrewed from it, leaving a screw mark on its surface, which will increase the bearing capacity of the printed pile formed in such a well.

Соединение источника газодинамического импульса с корпусом расширителя увеличивает объем первоначального газодинамического импульса, что позволяет при той же энергии импульса снизить пик давления газов и увеличить время расширения скважины, в результает чего снижается динамика взаимодействия газодинамического импульса с грунтом, повышается эффективность его воздействия на грунт, и, как показали эксперименты, увеличивается объем расширенной скважины, особенно этот эффект проявляется на глинистых грунтах с малой газопроницаемостью.The connection of the gas-dynamic pulse source with the expander housing increases the volume of the initial gas-dynamic pulse, which allows, at the same pulse energy, to reduce the peak of gas pressure and increase the well expansion time, as a result of which the dynamics of the interaction of the gas-dynamic pulse with the soil decreases, and its effect on the soil increases, and, As experiments have shown, the volume of an expanded well is increasing, especially this effect is manifested on clay soils with low gas permeability .

Применение предлагаемой конструкции позволит значительно увеличить диаметр скважин, получаемый способом уплотнения грунта в стенки скважины, а оснащение рабочего органа гидромолотом с большой энергией удара обеспечит разрушение препятствий значительных размеров и сведет к минимальным потерям скважин в грунтах с включением камней и валунов.The application of the proposed design will significantly increase the diameter of the wells obtained by the method of compaction of the soil into the walls of the well, and equipping the working body with a hydraulic hammer with high impact energy will ensure the destruction of significant obstacles and will minimize the loss of wells in soils, including stones and boulders.

Источники информацииInformation sources

1. Пат. 2186928 Российской Федерации МПК E21B 7/26, E21B 7/30. Устройство для проходки скважины в грунте и способ образования расширения в конце скважины с его помощью / Терсков А.Д., Маслаков П.А., Костылев А.Д., Смоляницкий Б.Н.; заявитель и патентообладатель: Институт горного дела - Научно-исследовательское учреждение СО РАН. - №2001114601/03; заявл. 28.05.2001; опубл. 10.08.2002.1. Pat. 2186928 Russian Federation IPC E21B 7/26, E21B 7/30. A device for driving a well in the soil and a method of forming expansion at the end of the well with its help / Terskov A.D., Maslakov P.A., Kostylev A.D., Smolyanitsky B.N .; applicant and patent holder: Institute of Mining - Research Institute of the SB RAS. - No. 20011114601/03; declared 05/28/2001; publ. 08/10/2002.

2. Заявка №2009144811/03(063792) МПК E02D 5/56. Устройство для образования буронабивных свай. / Ромакин Н.Е., Землянский А.А.; заявитель Саратовский государственный технический универсистет, заявл. 22.10.10.2. Application No. 2009144811/03 (063792) IPC E02D 5/56. Device for the formation of bored piles. / Romakin N.E., Zemlyansky A.A .; applicant Saratov State Technical University, 10/22/10.

Claims

A device for forming wells for stuffed piles, containing a working body in the form of a hub with a screw blade and a conical tip, rigidly connected to a tubular shaft with exhaust holes oriented perpendicular to its axis, with a screw leader, the screw blade of which has the same winding and pitch as a screw blade of the hub, a drive of the working body in the form of a hollow rotating rod, the upper end of which is connected to a gas-dynamic pulse source, and the lower end to the working body, characterized in that the rod attaches I’m connected to the hub of the working body through a removable flange, and the screw leader shaft has a through hole, on the output end of which a bump is installed on the spring, while the device is equipped with an obstacle destruction mechanism in the form of a hydraulic hammer with an extension cord, mounted on the flange of the removable rod, inside which the pipeline is mounted for hydraulic fluid feed.