Устройство для уширения буровой сваи

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УШИРЕНИЯ БУРОВОЙ СВАИ(72) Автор Шкляр Владимир Хаймович(57) 1. Устройство для уширения буровой сваи, включающее телескопически соединенные ведущую и ведомую приводные штанги, жестко связанные с верхним соединительным элементом и накопителем соответственно, верхние и нижние режущие штанги шарнирно соединены между собой, причем верхние режущие штанги шарнирно соединены с верхним соединительным элементом, а нижние режущие штанги шарнирно соединены с накопителем, отличающееся тем, что накопитель выполнен в виде круглой опорной плиты,выполненной со сквозными отверстиями по всей поверхности и диаметром, близким к размеру диаметра буровой сваи. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ведущая и ведомая приводные штанги выполнены с возможностью фиксации относительно друг друга. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено фиксирующим элементом для фиксации ведущей и ведомой приводных штанг относительно друг друга. 79192012.02.28 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шарнирные соединения верхних и нижних режущих штанг как друг с другом, так и с верхним соединительным элементом и накопителем соответственно выполнены в виде шарниров с горизонтальной осью вращения. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено лопастями, установленными на внутренней поверхности режущих штанг и/или на ведущей и ведомой приводных штангах. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхний соединительный элемент выполнен в виде полого цилиндра с верхним основанием, охватывающим ведущую приводную штангу и жестко соединенным с ней. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шарнирное соединение каждой пары верхних и нижних режущих штанг выполнено выступающим наружу относительно условной линии, соединяющей шарнирное соединение верхней режущей штанги данной пары и соединительного элемента с шарнирным соединением нижней режущей штанги данной пары и накопителя, не меньше чем на 10 см. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что хотя бы одна из приводных штанг выполнена с упорами, каждый из которых закреплен в целом перпендикулярно оси штанги напротив соответствующей из пар верхней и нижней режущих штанг и выполнен с длиной, превышающей расстояние от поверхности приводной штанги до указанной условной линии на 10-15 см.(56) 1. Патент РБ на полезную модель 5309, 2009. 2. Патент РБ на полезную модель 6868, 2010. 3. Патент РБ на полезную модель 6938, 2009. 4. Патент РБ на изобретение 7492, 2005. 5. Патент РБ на изобретение 11274, 2008. 6. А.с. СССР 512266, 1971. 7. А.с. СССР 976006, 1982 (прототип). Полезная модель относится к строительству, а именно к устройствам для создания уширения буровой сваи. Известно большое количество устройств для уширения буровой сваи, представленных, например, в патентах РБ на полезные модели 1-3 и на изобретение 4. Эти устройства образуют уширение, уплотняя окружающий грунт воздействием эластичного элемента, упругость которого превышает упругость грунта. Эти устройства не приспособлены для создания уширения с плоским дном и для использования технологии, предусматривающей перемешивание срезаемого грунта с водоцементной смесью, при котором образуется грунтобетон (технология по 5). Известен расширитель скважин, включающий рабочий орган, привод с винтовой парой, элементы которой шарнирно связаны с рабочим органом и грунтосборником 6. Недостатком этого расширителя является использование в нем отдельного привода для рабочего органа и необходимость иметь на поверхности второй привод с подъемным механизмом для извлечения расширителя из скважины при разгрузке грунтосборника. Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для уширения нижней части буровой сваи 7, включающее телескопически соединенные ведущую и ведомую приводные штанги, жестко связанные с верхним соединительным элементом и накопителем соответственно, верхние и нижние режущие штанги, шарнирно связанные между собой, причем верхние режущие штанги шарнирно связаны с верхним соединительным элементом, а нижние режущие штанги шарнирно связаны с накопителем. Режу 2 79192012.02.28 щие штанги раскрываются при надавливании на устройство, опирающееся на дно скважины. Недостатком этого устройства является отсутствие возможности дробить и качественно перемешивать срезаемый грунт с водоцементной смесью, а также невозможность получения уширения с плоской опорной поверхностью, т.к. в нижней части устройства расположен объемный накопитель для удаления всего срезаемого грунта. Все известные устройства для создания уширения заданных размеров ориентированы на технологию, предусматривающую удаление всего грунта, поступающего в скважину при ее уширении, и не приспособлены для создания уширения по технологии, предусматривающей не удаление срезаемого грунта, а его перемешивание с водоцементной смесью,при котором образуется грунтобетон (технология по 5). Задача полезной модели - создание простого и эффективного устройства для уширения буровой сваи, обеспечивающего возможность осуществления указанной технологии и получение заданной формы уширения буровой сваи, предпочтительно - с плоским основанием, и требуемых прочностных свойств всего объема грунтобетона уширенной части сваи. Указанная задача в устройстве для уширения буровой сваи, включающем телескопически соединенные ведущую и ведомую приводные штанги, жестко связанные с верхним соединительным элементом и накопителем соответственно, верхние и нижние режущие штанги, шарнирно связанные между собой, причем верхние режущие штанги шарнирно связаны с верхним соединительным элементом, а нижние режущие штанги шарнирно связаны с накопителем, решена тем, что накопитель выполнен в виде круглой опорной плиты диаметром, близким к размеру диаметра буровой сваи, выполненной со сквозными отверстиями по всей поверхности. Ведущая и ведомая приводные штанги выполнены с возможностью фиксации относительно друг друга как в сложенном, так и в раскрытом положениях, предпочтительно благодаря фиксирующему элементу, устанавливаемому на приводных штангах. Шарнирные соединения верхних и нижних режущих штанг как друг с другом, так и с верхним соединительным элементом и накопителем соответственно выполнены в виде шарниров с горизонтальной осью вращения. Устройство предпочтительно снабжено лопастями, установленными на внутренней поверхности режущих штанг и/или на ведущей и ведомой приводных штангах. Верхний соединительный элемент может быть выполнен в виде полого цилиндра с верхним основанием, охватывающим ведущую приводную штангу и жестко соединенным с ней. Шарнирное соединение каждой пары верхних и нижних режущих штанг выполнено выступающим наружу относительно условной линии, соединяющей шарнирное соединение верхней режущей штанги данной пары и соединительного элемента с шарнирным соединением нижней режущей штангиданной пары и накопителя, не меньше чем на 10 см. Такое решение предпочтительно обеспечено за счет того, что хотя бы одна из приводных штанг выполнена с упорами, каждый из которых закреплен в целом перпендикулярно оси штанги напротив соответствующей из пар верхней и нижней режущих штанг и выполнен с длиной, превышающей расстояние от поверхности приводной штанги до указанной условной линии на 10-15 см. На чертежах представлен неограничивающий пример реализации заявляемого устройства, причем на фиг. 1 - в момент его опускания в пробуренную скважину или извлечения из нее (сложенное положение), на фиг. 2 - в момент завершения уширения скважины (раскрытое положение). Устройство содержит телескопически соединенные верхнюю - ведущую - приводную штангу 1 и нижнюю - ведомую - приводную штангу 2, жестко связанные с верхним соединительным элементом и накопителем соответственно, не менее двух пар из верхней режущей штанги 3 и нижней режущей штанги 4, шарнирно связанных между собой. Верхние режущие штанги 3 шарнирно связаны с верхним соединительным элементом, а нижние режущие штанги 4 шарнирно связаны с накопителем. Накопитель выполнен в ви 3 79192012.02.28 де круглой опорной плиты 5 диаметром, близким к размеру диаметра буровой сваи и со сквозными отверстиями 6 по всей поверхности. Верхний соединительный элемент выполнен в виде полого цилиндра 7 с верхним основанием 8, охватывающим ведущую приводную штангу 1 и жестко соединенным с ней. Часть 9 приводной верхней штанги 1 выступает из цилиндра 7 вверху для соединения с приводом буровой машины (на чертеже не показаны). Нижняя (ведомая) приводная штанга 2 телескопически соединена с верхней(ведущей) приводной штангой 1 так, что вращательный момент передается ей от верхней штанги 1, например, за счет квадратного поперечного сечения. Ведущая 1 и ведомая 2 приводные штанги выполнены с фиксирующим элементом 10 для фиксации приводных штанг относительно друг друга, чтобы, при необходимости, препятствовать раскрытию режущих штанг и удерживать их в сложенном положении. Шарнирные соединения 11 верхних режущих штанг 3 с цилиндром 7, шарнирные соединения 12 нижних 4 режущих штанг с опорной плитой 5 и шарнирные соединения 13 верхних 3 и нижних 4 режущих штанг друг с другом выполнены в виде шарниров с горизонтальной осью вращения. Режущие штанги 3 и 4 выполнены в данном примере с режущими элементами 14 на наружной поверхности и с лопастями 15 на внутренней поверхности для лучшего перемешивания грунта с водоцементной смесью. Ведомая приводная штанга 2 выполнена с упорами 16, каждый из которых в данном примере закреплен в целом перпендикулярно оси штанги 2 напротив соответствующей из пар верхней 3 и нижней 4 режущих штанг и выполнен с длиной, превышающей расстояние от поверхности штанги 3 до условной линии, соединяющей шарнирное соединение 11 верхней режущей штанги 3 данной пары и цилиндра 7 с шарнирным соединением 12 нижней режущей штанги 4 данной пары и опорной плиты 5 на 10-15 см. Аналогичные упоры могут быть установлены на ведущей приводной штанге 1 (на чертежах не показано). Упоры 16 не позволяют режущим штангам в сложенном положении располагаться на одной линии, т.е. предназначены для обеспечения возможности при надавливании на устройство, опирающееся на дно скважины, осуществлять раскрытие режущих штанг. Устройство работает следующим образом. Изготавливают скважину под буровую сваю, заполняют нижнюю часть скважины водоцементной смесью и поднимают обсадные трубы (при их наличии). Выступающую часть 9 верхней приводной штанги 1 прикрепляют к приводу базовой буровой машины (на чертежах не показаны) и опускают в подготовленную скважину. При этом в подвешенном состоянии, за счет веса режущих штанг 3 и 4, ведомой приводной штанги 2 и опорной плиты 5, устройство для уширения нижней части буровой сваи находится в сложенном положении (фиг. 1). В то же время режущие штанги каждой пары не располагаются на одной линии, поскольку соответствующий упор 16 упирается в верхнюю режущую штангу 3 соответствующей пары и удерживает шарнирное соединение 13 выдвинутым наружу с внешней стороны условной линии, соединяющей шарнирное соединение 11 верхней режущей штанги 3 данной пары и цилиндра 7 с шарнирным соединением 12 нижней режущей штанги 4 данной пары и опорной плиты 5. При достижении опорной плитой 5 дна скважины, поступательное движение опорной плиты 5 и ведомой приводной штанги 2 прекращается, а цилиндр 7 и ведущую приводную штангу 3 вместе с приводом буровой машины продолжают опускать. Благодаря тому, что режущие штанги каждой пары не расположены на одной линии, в силе, которая воздействует на шарнир 13, появляется горизонтальная составляющая, которая приводит в движение режущие штанги в сторону грунта, т.е. к раскрытию режущих штанг 3 и 4 на шарнирных соединениях 11, 12, 13. Одновременно выступающей части 9 верхней приводной штанги 1 от привода базовой буровой машины придают вращение в сочетании с надавливанием. При этом в процессе вращения, под воздействием режущих штанг 3 и 4 и 4 79192012.02.28 режущих элементов 14 происходит срезка грунта и перемешивание его с водоцементной смесью (с дополнительным воздействием лопастей 15). При достижении нижними режущими штангами 4 горизонтального положения они опираются на опорную плиту 5 (раскрытое положение - как показано на фиг. 2), срезка грунта прекращается, что свидетельствует о завершении процесса уширения скважины. Уширение при этом приобретает заданную эффективную конусообразную форму по существу с плоским основанием, что повышает несущую способность готовой сваи. В дальнейшем, при необходимости, производят только вращение устройства для лучшего перемешивания грунта с водоцементной смесью, после чего устройство извлекают. При этом за счет веса режущих штанг 3 и 4, ведомой штанги 3 и опорной плиты 5 режущие штанги складываются и устройство принимает сложенное положение, показанное на фиг. 1. В связных грунтах вращения устройства может оказаться недостаточно для качественного дробления и перемешивания грунта с водоцементной смесью. В этом случае после извлечения устройства ведущую 1 и ведомую 2 приводные штанги фиксируют (стопорят), в данном примере - за счет фиксирующего элемента 10 (показан условно на фиг. 1), который может быть выполнен, как в данном примере, в виде шпильки, вставляемой в соосные отверстия в ведомой приводной штанге 2. В этом положении устройство снова опускают вниз и производят поступательные движения опорной плиты 5 вверх-вниз с отрывом от дна и последующим прижатием ее ко дну усилием буровой машины. При этом опорная плита 5 дробит комья связного грунта и перемешивает измельченный грунт с водоцементной смесью. Поступательное движение опорной плиты 5 может сочетаться с вращением устройства. Отверстия 6 в опорной плите 5 при надавливании на нее обеспечивают эффективное дробление и перемешивание измельченных комьев связного грунта с водоцементной смесью, а при подъеме устройства вверх - способствуют извлечению оставшихся нераздробленных комьев грунта на поверхность и удалению их. Таким образом, в заявленном устройстве решена поставленная задача, т.к заявленное устройство является простым и эффективным, обеспечивает возможность осуществления технологии по 5 и получение эффективной формы уширения буровой сваи и требуемых прочностных свойств всего объема грунтобетона уширенной части сваи. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5