RU2328575C1

RU2328575C1 - Bored auger pile installation device

Info

Publication number: RU2328575C1
Application number: RU2007106306/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Бей (RU); Юрий Николаевич Бей; Владимир Иванович Черкасов (RU); Владимир Иванович Черкасов; Алексей Евгеньевич Кравченко (RU); Алексей Евгеньевич Кравченко; Владимир Юрьевич Бебенин (RU); Владимир Юрьевич Бебенин; Владимир Иванович Мишанов (RU); Владимир Иванович Мишанов
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-07-10

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: bored auger pile installation device comprises a case with upper part made in a form of hollow faceted pin with a hole for a ball plug, and a rock-breaking tool with a skirt. Middle and bottom parts of the case are made in a form of solid cylinders with variable cross-section, where diameter of middle part is more than diameter of bottom part. Middle cylindrical part features an orifice system, a cavity for concrete injection and transverse slot, where a rotating splitter knife is installed on a vertical axis in the vertical case hole. The knife is switched into working position by a moving spring pusher with variable cross-section, located in a horizontal cavity formed by two orifices of different diameter, stopped by a plug from the outer side. Lower cylindrical part of the case has a through lengthwise slot with a stop.

EFFECT: higher capacity of bored auger pile installation in highly and medium stable grounds, and lower cost of drilling work.

5 cl, 4 dwg

Description

Устройство для сооружения буронабивных винтовых свай относится к области горной промышленности и строительства и может быть использовано при строительстве фундаментов зданий, опор ЛЭП, радиомачт, мостов, эстакад, путепроводов и других специальных сооружений.The device for the construction of bored screw piles relates to the field of mining and construction and can be used in the construction of building foundations, power transmission towers, radio towers, bridges, overpasses, viaducts and other special structures.

Известен способ изготовления буронабивной сваи, при котором формирование ее производится устройством путем завинчивания в грунт бурильной колонны, состоящей из инвентарной трубы и винтового наконечника. При достижении глубины, соответствующей длине изготавливаемой сваи, в полость инвентарной трубы подают твердеющий материал с одновременным извлечением инвентарной трубы и оставлением винтового наконечника в скважине (Строительство и городское хозяйство в Санкт-Петербурге и Ленинградской области», № 60, 2003).A known method of manufacturing a bored pile, in which its formation is carried out by the device by screwing into the ground a drill string, consisting of an inventory pipe and a screw tip. Upon reaching a depth corresponding to the length of the manufactured pile, hardening material is fed into the cavity of the inventory pipe with simultaneous extraction of the inventory pipe and leaving a screw tip in the well (Construction and municipal services in St. Petersburg and the Leningrad Region ”, No. 60, 2003).

К недостаткам данного способа относятся большие энергетические затраты для внедрения винтового наконечника в грунт и отсутствие возможности создавать значительные осевые усилия при бурении в стесненных условиях малогабаритными буровыми установками. Из-за того, что винтовой наконечник не извлекается из скважины, значительно увеличивается стоимость возведения фундамента.The disadvantages of this method include the high energy costs for introducing a screw tip into the soil and the inability to create significant axial forces when drilling in cramped conditions with small-sized drilling rigs. Due to the fact that the screw tip is not removed from the well, the cost of erecting the foundation increases significantly.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для сооружения буронабивных винтовых свай, состоящее из корпуса, верхняя часть которого выполнена в виде полого многогранного ниппеля с отверстием под замковый палец, и породоразрушающего приспособления с юбкой (Патент Японии № 36-575, кл. 86А321, опубл. 1961).The closest in technical essence and the achieved result is a device for the construction of bored screw piles, consisting of a housing, the upper part of which is made in the form of a hollow multifaceted nipple with a hole for the locking finger, and a rock cutting tool with a skirt (Japan Patent No. 36-575, cl. 86A321, publ. 1961).

Данное устройство имеет ряд существенных недостатков. Для образования винтовой скважины без выноса разрушенного грунта на поверхность даже в грунтах со средней несущей способностью требует применение тяжелых буровых установок со значительным крутящим моментом, которые невозможно применить вблизи существующих фундаментов из-за их значительных габаритов и ограниченности пространства. После образования винтовой скважины в слабонесущих грунтах не исключена возможность обрушения ее стенок и ликвидация винтовой нарезки. Кроме того, вывинчивание формующего элемента обратным вращением строго по винтовой нарезке, образованной прямым ходом, соответствующей шагу этого элемента, осуществить на практике невозможно, что приводит к нарушению стенок винтовой скважины. Оставление башмака на забое скважины влечет за собой удорожание стоимости сваи.This device has a number of significant disadvantages. For the formation of a helical well without the removal of the destroyed soil to the surface, even in soils with medium bearing capacity, it requires the use of heavy drilling rigs with significant torque, which cannot be used near existing foundations due to their significant dimensions and limited space. After the formation of a helical well in weakly bearing soils, the possibility of collapse of its walls and the elimination of helical cutting is not ruled out. In addition, unscrewing the forming element by reverse rotation strictly according to the screw thread formed by the forward stroke corresponding to the step of this element cannot be carried out in practice, which leads to violation of the walls of the screw well. Leaving the shoe on the bottom of the well entails an increase in the cost of the pile.

Технический эффект, ожидаемый от использования изобретения, заключается в повышении производительности при сооружении буронабивных винтовых свай в устойчивых и средней устойчивости грунтах и снижении стоимости буровых работ.The technical effect expected from the use of the invention is to increase productivity in the construction of bored screw piles in stable and medium stability soils and reduce the cost of drilling operations.

Указанный технический эффект достигается тем, что в устройстве для сооружения буронабивных винтовых свай, состоящем из корпуса, верхняя часть которого выполнена в виде полого многогранного ниппеля с отверстием под замковый палец, и породоразрушающего приспособления с юбкой, средняя и нижняя части корпуса выполнены в виде цельных цилиндров с поперечным сечением различного диаметра, причем средняя часть - большего, а нижняя - меньшего диаметра, при этом в средней цилиндрической части выполнены система отверстий, полость для инъекции бетонной смеси и поперечный паз, в котором на вертикальной оси, размещенной в вертикальном отверстии корпуса, с возможностью вращения смонтирован щелеобразующий нож, приводимый в рабочее положение подпружиненным толкателем переменного поперечного сечения, расположенным с возможностью перемещения в горизонтальной полости, имеющей форму двух отверстий различного диаметра, с внешней стороны запечатанных заглушкой, а в нижней цилиндрической части корпуса выполнен сквозной продольный паз с размещенным в нем ограничителем. Тем, что средняя цилиндрическая часть корпуса по высоте превышает верхний торец поперечного паза и в транспортном положении закрыта кожухом, жестко связанным с юбкой породоразрушающего инструмента, и тем, что сквозной продольный паз в нижней цилиндрической части корпуса имеет длину, большую, чем расстояние от верхнего торца кожуха до нижнего торца поперечного паза, а также тем, что полость в корпусе для инъекции бетонной смеси в скважину расположена на одном уровне с поперечным пазом и смещена назад по ходу вращения устройства относительно поперечного паза, и тем, что часть толкателя меньшего диаметра выполнена с овальным торцем.The specified technical effect is achieved by the fact that in the device for the construction of bored screw piles, consisting of a body, the upper part of which is made in the form of a hollow polyhedral nipple with an opening for the locking finger, and rock cutting tools with a skirt, the middle and lower parts of the body are made in the form of solid cylinders with a cross section of various diameters, with the middle part being larger and the lower part being smaller, with a system of holes made in the middle cylindrical part, a cavity for concrete injection a mixture and a transverse groove in which a slit-forming knife is rotatably mounted on a vertical axis located in a vertical opening of the housing, brought into service by a spring-loaded pusher of variable cross section, arranged to move in a horizontal cavity having the form of two holes of different diameters, from the outside, sealed with a plug, and in the lower cylindrical part of the housing there is a through longitudinal groove with a stop placed in it. By the fact that the middle cylindrical part of the body is higher in height than the upper end of the transverse groove and is closed in a transport position by a casing rigidly connected to the skirt of the rock cutting tool, and by the fact that the through longitudinal groove in the lower cylindrical part of the body has a length greater than the distance from the upper end casing to the lower end of the transverse groove, as well as the fact that the cavity in the housing for injecting concrete mixture into the well is located at the same level with the transverse groove and is shifted back along the rotation of the relative but the transverse groove, and in that the smaller diameter part of the pusher is formed with an oval ends.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено схематическое изображение устройства в разрезе в положении бурения пилотной скважины под сваю, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - схематическое изображение устройства в разрезе в положении образования винтовой щели, на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 is a schematic sectional view of a device in a drilling position of a pilot well under a pile, Fig. 2 is a section A-A in Fig. 1, Fig. 3 is a schematic sectional view of a device the formation of a helical gap, in Fig.4 is a section aa in Fig.3.

Устройство состоит из корпуса 1, диаметр которого d₁ меньше диаметра реборды шнека d₂ (см. фиг.1, 2 и 4), верхняя часть которого представляет собой полый многогранный ниппель 2 с отверстием под замковый палец 3 для соединения со шнековым снарядом. Средняя 4 и нижняя 5 части корпуса 1 - цельные цилиндры различного диаметра. При этом средняя часть 4 имеет больший диаметр, чем нижняя часть 5. В средней цилиндрической части 4 корпуса 1 имеются полость 6 для инъекции твердеющей смеси, которая соединена с полым многогранным ниппелем 2 посредством отверстия (на фиг.1 не показано), поперечный паз 7, в котором на вертикальной оси 8, размещенной в корпусе 1, смонтирован щелеобразующий нож 9. Полость 6, кроме того, посредством отверстия 21 (см. фиг.2) соединена с полостью 22 (см. фиг.1) в корпусе породоразрушающего приспособления 17. Щелеобразующий нож 9 приводится в рабочее положение толкателем 10 при помощи пружины 11 с внешней стороны зафиксированной заглушкой 13. Толкатель 10 имеет цилиндрическую форму с переменным поперечным сечением, часть толкателя меньшего диаметра выполнена с овальным торцем. Толкатель 10 смонтирован с возможностью перемещения в полости 12, имеющей форму двух отверстий различного диаметра.The device consists of a housing 1, the diameter of which d _{1 is} less than the diameter of the flange of the screw d ₂ (see figures 1, 2 and 4), the upper part of which is a hollow multifaceted nipple 2 with an opening for the locking finger 3 for connection with a screw projectile. The middle 4 and lower 5 parts of the housing 1 are solid cylinders of various diameters. In this case, the middle part 4 has a larger diameter than the lower part 5. In the middle cylindrical part 4 of the housing 1 there is a cavity 6 for injection of a hardening mixture, which is connected to the hollow polyhedral nipple 2 through an opening (not shown in Fig. 1), a transverse groove 7 in which a slit-forming knife 9 is mounted on a vertical axis 8 located in the housing 1; the cavity 6 is also connected via a hole 21 (see FIG. 2) to the cavity 22 (see FIG. 1) in the body of the rock cutting device 17 . Slit-forming knife 9 is brought into working position t pusher 10 using a spring 11 on the outside fixed by a plug 13. The pusher 10 has a cylindrical shape with a variable cross section, part of the pusher of a smaller diameter is made with an oval end face. The pusher 10 is mounted for movement in a cavity 12 having the shape of two holes of different diameters.

В нижней цилиндрической части 5 корпуса 1 выполнен сквозной продольный паз 14, в котором с возможностью перемещения находится ограничитель 15, установленный в сквозные отверстия юбки 16 (на фиг.1 и 2 не показаны), жестко соединенной с породоразрушающим приспособлением 17, выполненным в виде конической насадки, и удерживающий их в транспортном положении, т.е. когда происходит бурение пилотной скважины под сваю, и в рабочем положении, когда в пилотной скважине происходит образование винтовой щели.In the lower cylindrical part 5 of the housing 1, a through longitudinal groove 14 is made, in which a limiter 15 is installed with the possibility of movement, installed in the through holes of the skirt 16 (not shown in Figs. 1 and 2), rigidly connected to the rock cutting device 17, made in the form of a conical nozzles, and holding them in a transport position, i.e. when the pilot well is drilled under the pile, and in the working position, when a helical gap is formed in the pilot well.

Верхний торец средней цилиндрической части 4 корпуса 1 расположен выше верхней плоскости поперечного паза 7, который в транспортном положении перекрыт кожухом 19, жестко связанным с юбкой 16 породоразрушающего приспособления 17. Щелеобразующий нож 9 в транспортном положении под действием пружины 11 упирается в кожух 19 и не дает юбке 16 с породоразрушающим приспособлением 17 опуститься в крайнее нижнее положение в случае встречи в разрезе скважины пустот или несвязных пропластков грунта. Кожух 16 в транспортном положении перекрывает и полость 6, высота которой равна высоте поперечного паза 7.The upper end of the middle cylindrical part 4 of the housing 1 is located above the upper plane of the transverse groove 7, which in the transport position is covered by a casing 19, rigidly connected with the skirt 16 of the rock cutting device 17. The slit-forming knife 9 in the transport position under the action of the spring 11 abuts the casing 19 and does not allow the skirt 16 with the rock cutting device 17 to lower to its lowest position in the event of a meeting in the section of the well of voids or disconnected layers of soil. The casing 16 in the transport position also covers the cavity 6, the height of which is equal to the height of the transverse groove 7.

Сквозной продольный паз 14 в нижней цилиндрической части 5 корпуса 1 имеет длину несколько большую, чем расстояние от верхнего торца кожуха 19 до нижней плоскости 20 поперечного паза 7. Полость 6 для инъекции твердеющей смеси в средней цилиндрической части 4 корпуса 1 расположена на одном уровне с поперечным пазом 7, что обеспечивает ее полное перекрытие кожухом 19 при бурении пилотной скважины, и смещена относительно поперечного паза 7 назад по ходу вращения устройства.The through longitudinal groove 14 in the lower cylindrical part 5 of the housing 1 has a length slightly greater than the distance from the upper end of the casing 19 to the lower plane 20 of the transverse groove 7. The cavity 6 for injection of the hardening mixture in the middle cylindrical part 4 of the housing 1 is located at the same level with the transverse a groove 7, which ensures its complete overlap with a casing 19 when drilling a pilot well, and is shifted relative to the transverse groove 7 back along the rotation of the device.

Смещение полости 6 относительно поперечного паза 7 назад по ходу вращения устройства выполнено с целью мгновенного заполнения образующейся щели бетонной смесью.The offset of the cavity 6 relative to the transverse groove 7 back along the rotation of the device is made with the aim of instantly filling the gap formed with concrete mixture.

Устройство работает следующим образом. На устье скважины собирают шнековый буровой снаряд, состоящий из полых шнеков и подсоединенного к ним устройства. Этим снарядом бурится пилотная скважина до проектной глубины сваи. Пробурив пилотную скважину, буровой снаряд несколько приподнимают от забоя скважины, останавливают вращение шнекового снаряда и начинают подачу бетонной смеси под давлением через полый шнековый снаряд к устройству и через отверстие 21 в полость 22 породоразрушающего приспособления 17.The device operates as follows. At the wellhead, a screw drill is assembled, consisting of hollow screws and a device connected to them. This projectile drills a pilot well to the design depth of the pile. After drilling a pilot well, the drill bit is slightly raised from the bottom of the well, the screw is stopped rotating and the concrete mixture is supplied under pressure through the hollow screw projectile to the device and through hole 21 into the cavity 22 of the rock cutting device 17.

При достижении определенного давления, превышающего силу трения щелеобразующего ножа 9 о стенку кожуха 19, породоразрушающее приспособление 17 с юбкой 16 и кожухом 19 опускаются вниз до упора ограничителя 15 в нижнюю часть сквозного продольного паза 14 (см. фиг.3). При этом открывается полость 6 и поперечный паз 7 в средней части 4 корпуса 1 устройства, где размещен щелеобразующий нож 9. Это возможно за счет того, что сквозной продольный паз 14 в цилиндрической нижней части 5 корпуса 1 имеет длину большую, чем высота поперечного паза 7 и полости 6. После открытия поперечного паза 7 щелеобразующий нож 9 под действием пружины 11 толкателем 10 выдвигается за пределы диаметра пилотной скважины (фиг.4-d₂), образованного породоразрушающим приспособлением 17. Полное выдвижение щелеобразующего ножа 9 (фиг.4-d₃) происходит как за счет действия пружины, так и за счет силы сопротивления грунта разрушению при начале вращательного движения шнекового снаряда по часовой стрелке.Upon reaching a certain pressure exceeding the friction force of the slit-forming knife 9 against the wall of the casing 19, the rock cutting device 17 with the skirt 16 and the casing 19 are lowered down to the stop of the stop 15 in the lower part of the through longitudinal groove 14 (see Fig. 3). This opens the cavity 6 and the transverse groove 7 in the middle part 4 of the housing 1 of the device where the slitting knife 9 is located. This is possible due to the fact that the through longitudinal groove 14 in the cylindrical lower part 5 of the housing 1 has a length greater than the height of the transverse groove 7 and cavities 6. After opening the transverse groove 7, the slot forming knife 9, under the action of the spring 11, is pushed by the pusher 10 beyond the diameter of the pilot well (FIG. 4-d ₂ ) formed by the rock cutting device 17. Full extension of the slot forming knife 9 (FIG. 4-d ₃ ) occur both through the action of the spring, and by the destruction of the soil resistance force at the beginning of the rotational movement of the screw shell clockwise.

Далее в зависимости от степени устойчивости грунта, которая определена инженерными изысканиями перед началом строительства данного объекта, выбирают шаг винтовой щели, который будет образован при одновременном вращательном и поступательном вверх движении шнекового снаряда с выдвинутым щелеобразующим ножом 9, обеспечивающий наибольшую несущую способность сваи. При этом во время подъема шнекового снаряда нет необходимости придавать ему строго определенную скорость вращения и подачи, исходя из величины шага спирали винтового наконечника, как это имеет место при сооружении винтовых свай способом завинчивания с последующим вывинчиванием винтового наконечника.Next, depending on the degree of soil stability, which is determined by engineering surveys before starting the construction of this facility, a pitch of a helical gap is chosen, which will be formed with a simultaneous rotational and upward movement of a screw projectile with an extended slot-forming knife 9, which provides the greatest bearing capacity of the pile. At the same time, during the lifting of the screw projectile, there is no need to give it a strictly defined speed of rotation and feed, based on the pitch of the spiral tip of the screw tip, as is the case when constructing screw piles by screwing with the subsequent unscrewing of the screw tip.

Таким образом, изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с известными.Thus, the invention has the following advantages compared with the known.

1. Обеспечивается сооружение буронабивных свай с винтовой нарезкой щели в стенках пилотной скважины с регулируемой величиной шага винтовой щели в зависимости от степени устойчивости грунта.1. The construction of bored piles with helical cutting of the gap in the walls of the pilot well is provided with an adjustable pitch of the screw gap depending on the degree of soil stability.

2. Нарезка винтовой щели в стенках пилотной скважины осуществляется при подъеме шнекового снаряда с одновременным вращением, для чего нет необходимости строго выдерживать соотношение скорости вращения и подъема бурового снаряда, достаточно только соблюдать равномерность этих величин.2. The cutting of the helical gap in the walls of the pilot well is carried out while lifting the auger with simultaneous rotation, for which there is no need to strictly maintain the ratio of the speed of rotation and lifting of the drill, it is only necessary to observe the uniformity of these values.

3. Исключается необходимость применения мощных тяжелых буровых установок, что дает возможность сооружать буронабивные винтовые сваи в непосредственной близости от фундаментов ранее построенных зданий и сооружений.3. The need to use powerful heavy drilling rigs is eliminated, which makes it possible to build bored screw piles in the immediate vicinity of the foundations of previously constructed buildings and structures.

4. Устройство обеспечит высокую производительность буровых работ.4. The device will provide high productivity drilling.

Claims

1. A device for the construction of bored screw piles, consisting of a housing, the upper part of which is made in the form of a hollow multi-faceted nipple with a hole for the locking finger, and a rock cutting tool with a skirt, characterized in that the middle and lower parts of the housing are made in the form of solid cylinders with a transverse cross-section of various diameters, with the middle part being larger and the lower part being smaller, with a system of holes made in the middle cylindrical part, a cavity for injecting concrete mixture and a transverse groove in which, on a vertical axis located in a vertical opening of the housing, a slot-forming knife is mounted for rotation, driven into position by a spring-loaded pusher of variable cross section, arranged to move in a horizontal cavity having the form of two holes of different diameters, sealed with a plug on the outside, and a through longitudinal groove is made in the lower cylindrical part of the housing, with a stop placed in it.

2. The device according to claim 1, characterized in that the upper end of the middle cylindrical part of the body is located above the upper plane of the transverse groove, which in the transport position is covered by a casing rigidly connected with the skirt of the rock cutting tool.

3. The device according to claim 1, characterized in that the through longitudinal groove in the lower cylindrical part of the housing has a length greater than the distance from the upper end of the casing to the lower end of the transverse groove.

4. The device according to claim 1, characterized in that the cavity in the housing for injecting concrete mixture into the well is located at the same level with the transverse groove and is shifted back along the rotation of the device relative to the transverse groove.

5. The device according to claim 1, characterized in that a part of the pusher of a smaller diameter is made with an oval end face.