Машина для реализации винтовых свай

Изобретение относится к машинам, предназначенным для реализации винтовых свай и оснащенным шнековым буром. Техническим результатом является реализация свай увеличенной глубины и получение высокого качества таких свай. Для этого машина содержит вертикальную мачту, головку приведения во вращательное движение, подвижную по отношению к мачте, шнековый бур, содержащий полый сердечник и, по меньшей мере, одну винтовую лопасть, трубу удлинителя, нижний конец которой жестко связан с верхним концом упомянутого шнекового бура, причем головка приведения во вращательное движение взаимодействует с трубой удлинителя, трубу плунжера, установленную с возможностью скольжения внутри полого сердечника шнекового бура и внутри трубы удлинителя, причем верхний конец трубы плунжера присоединен к трубопроводу подачи бетона, и кольцевой подъемник, первый конец которого жестко связан с верхним концом трубы удлинителя, а другой его конец жестко связан с верхним концом трубы плунжера. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к машине, предназначенной для реализации винтовых свай и оснащенной шнековым буром.

Более конкретно, это изобретение касается машины, которая одновременно обеспечивает возможность бурения цилиндрической выемки в грунте и заполнения этой выемки строительным раствором или бетоном для получения в конечном счете литой сваи на месте вынутого грунта.

На фиг.1 схематически представлена машина подобного типа, оборудованная шнековым буром и предназначенная для бурения скважин и реализации в них литых свай. Эта машина представляет собой платформу 10, в предпочтительном варианте реализации смонтированную на гусеничном шасси 12 и содержащую шарнирно закрепленную на этой платформе направляющую мачту 14, рабочее положение которой является, по существу, вертикальным.

На одной из поверхностей этой мачты 14 располагаются вертикальные направляющие 16, предназначенные для поступательного перемещения по ним подвижной каретки 18. На этой подвижной каретке 18 закреплена головка 20 приведения во вращательное движение, которая взаимодействует со шнековым буром 22, образованным полым сердечником 24, содержащим, по меньшей мере, одну винтовую лопасть 26.

Головка 20 приведения во вращательное движение служит для обеспечения вращения шнекового бура 22, что вызывает его погружение в грунт в результате ввинчивания в него и обеспечивает, таким образом, бурение скважины. Поскольку шнековый бур 22 является полым, имеется возможность, после завершения бурения, закачивать под давлением в полученную таким образом скважину жидкий строительный раствор или бетон для реализации сваи, осуществляемой по мере выхода этого шнекового бура из скважины.

Принимая во внимание одновременно соображения габаритных размеров, максимально допустимых в процессе передвижения данной машины, а также соображения конструктивного характера, высота мачты 14 и высота Н шнекового бура 22 во всех случаях реализации ограничены величиной, составляющей примерно двадцать метров. Однако на некоторых строительных площадках желательно иметь возможность осуществлять бурение и реализовывать с их помощью литые сваи, глубина которых имеет величину порядка 25 метров.

Для обеспечения возможности реализации таких свай уже было предложено присоединять к верхней части шнекового бура 22 трубу 28 удлинителя, в последующем изложении называемую Келли. Эта труба удлинителя или Келли 28, имеющая длину h, жестко связана по вращательному движению и по поступательному движению с верхним концом шнекового бура, и верхний конец 28b трубы удлинителя или Келли 28 соединен при помощи вращающегося стыка 30 с трубопроводом 32 подачи бетона.

Ясно, что глубина реализуемой таким образом скважины имеет величину Н+h, что обеспечивает ее глубину порядка двадцать пять метров. Здесь следует уточнить, что головка 20 приведения во вращательное движение в этом случае может взаимодействовать как с сердечником 24 шнекового бура, так и с трубой удлинителя или Келли 28.

Существенный недостаток такой системы заключается в способе, при помощи которого бетон вводится в пробуренную скважину для реализации сваи.

Этот бетон выходит непосредственно на нижнем открытом конце 24а полого сердечника шнекового бура. Перемещение этого нижнего конца 24а при помощи каретки 18 представляет собой весьма деликатную и сложную операцию, в ходе выполнения которой существует опасность того, что этот нижний конец может оказаться выше свободного уровня бетона, постепенно заполняющего пробуренную скважину. Такой разрыв непрерывности сопровождается опасностью локализованного обрушения грунта, в котором была пробурена данная скважина, и весьма существенным снижением вследствие этого механической прочности сваи, которая будет реализована подобным образом.

В то же время из французской патентной заявки №2566813, поданной на имя Soletanche, известна машина, предназначенная для бурения скважин при помощи шнекового бура, которая позволяет устранить отмеченные выше недостатки. В этой машине шнековый бур с полым сердечником оборудован трубой, смонтированной с возможностью скольжения внутри полого сердечника этого шнекового бура, причем упомянутую трубу чаще всего называют трубой плунжера.

Эта труба плунжера в процессе бурения скважины находится во втянутом или в убранном положении в шнековом буре, и нижний конец этой трубы плунжера перемещается таким образом, чтобы выступать от нижнего конца этого шнекового бура в том случае, когда шнековый бур начинают поднимать для обеспечения возможности нагнетания бетона в пробуренную скважину. Такая технология позволяет обеспечить удовлетворительное качество реализуемой сваи и, в частности, непрерывность подачи бетона по всей высоте этой скважины.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание машины, предназначенной для бурения скважин при помощи шнекового бура с целью реализации литых свай, которая позволяла бы одновременно обеспечить возможность реализации свай увеличенной глубины и получения высокого качества таких свай, в частности обладающих удовлетворительной сплошностью или непрерывностью своей бетонной конструкции.

Этот технический результат достигается тем, что машина в соответствии с предлагаемым изобретением, предназначенная для реализации винтовых свай, содержит вертикальные направляющие средства, головку приведения во вращательное движение, имеющую возможность перемещаться относительно вертикальных направляющих средств, шнековый бур, содержащий полый сердечник и, по меньшей мере, одну винтовую лопасть, причем сердечник имеет открытый верхний конец и открытый нижний конец, трубу удлинителя, нижний конец которой закреплен на верхнем конце полого сердечника шнекового бура, причем головка приведения во вращательное движение взаимодействует с трубой удлинителя для приведения во вращательное движение системы, образованной шнековым буром и этой трубой удлинителя, трубу плунжера, установленную с возможностью скольжения внутри полого сердечника шнекового бура и внутри трубы удлинителя, причем верхний конец этой трубы плунжера присоединен к трубопроводу подачи бетона, средства, образующие подъемник, первый конец которого жестко связан по поступательному движению с верхним концом трубы удлинителя, а второй конец жестко связан по поступательному движению с верхним концом трубы плунжера, средства, предназначенные для управления упомянутыми средствами, образующие подъемник, при помощи которых относительное положение нижнего конца трубы плунжера может быть изменено по отношению к положению нижнего конца сердечника шнекового бура между его первым положением, в котором нижний конец трубы плунжера находится в убранном или втянутом положении по отношению к нижнему концу сердечника шнекового бура, и его вторым положением, в котором отверстия в трубе плунжера расположены снаружи от сердечника шнекового бура.

Понятно, что благодаря тому обстоятельству, что полый сердечник шнекового бура имеет продолжение в виде трубы удлинителя или Келли, можно реализовать сваи, глубина которых по существу увеличена на протяженность этой трубы удлинителя или Келли.

Также можно видеть, что размещение трубы плунжера, имеющей возможность перемещаться внутри системы, образованной полым сердечником шнекового бура и трубой удлинителя или Келли, благоприятным образом позволяет использовать все преимущества трубы плунжера в том, что касается управления подачей бетона или жидкого строительного раствора во внутреннюю полость пробуренной скважины с целью получения литой сваи.

Предпочтительно, чтобы средства, образующие подъемник, содержали кольцевой корпус, охватывающий трубу плунжера и жестко связанный по поступательному движению с верхним концом трубы удлинителя, и кольцевую подвижную часть, охватывающую упомянутую трубу плунжера и жестко связанную по поступательному движению с верхним концом этой трубы плунжера.

Понятно, что благодаря наличию такого кольцевого подъемника имеется возможность достаточно точно контролировать положение нижнего конца трубы плунжера по отношению к нижнему концу полого сердечника шнекового бура, что позволяет обеспечить высокое качество нагнетания бетона в пробуренную скважину по мере постепенного поднятия и выхода из скважины этого шнекового бура и трубы удлинителя или Келли, несмотря на наличие трубы удлинителя.

Кроме того, использование кольцевого подъемника, охватывающего трубу плунжера, позволяет исключить несовпадение осей или эксцентриситет между упомянутой трубой плунжера, с одной стороны, и шнековым буром и трубой удлинителя или Келли, с другой стороны.

Вертикальные направляющие средства могут содержать мачту и каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль мачты, причем головка приведения во вращательное движение жестко связана с этой кареткой.

Нижний конец трубы плунжера может быть снабжен специальным буровым инструментом.

Труба плунжера может содержать в своей боковой стенке, по меньшей мере, одно отверстие для выхода бетона, которое смещено по отношению к нижнему концу трубы плунжера.

Верхний конец трубы плунжера может быть присоединен к трубопроводу подачи бетона при помощи вращающегося стыка.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания нескольких не являющихся ограничительными примеров его реализации со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схематический вид машины, предназначенной для осуществления известной технологии реализации винтовых свай увеличенной глубины;

фиг.2 - схематический вид сбоку буровой машины в целом в соответствии с предлагаемым изобретением;

фиг.3А - частичный схематический вид машины, показанной на фиг.2, при расположении трубы плунжера в убранном или втянутом положении;

фиг.3б - схематический вид, аналогичный виду, показанному на фиг.3а, при расположении трубы плунжера в ее выпущенном положении;

фиг.4 - схематический вид в целом упомянутой машины в конце выполнения операции бурения.

Ниже, со ссылками на фиг.2 и 3, приведено описание предпочтительного варианта реализации предлагаемой буровой машины.

На фиг.2 показана платформа 10 вместе с ее вертикальной мачтой 14, выполняющей роль направляющей для головки 20 приведения во вращательное движение, а также полый шнековый бур 22, полый сердечник 24 которого жестко связан по вращательному движению и по поступательному движению с нижним концом 28а трубы удлинителя или Келли 28.

Механическая связь между полым сердечником шнекового бура и трубой удлинителя или Келли может иметь любой характер, подходящий для обеспечения возможности передачи вращательного движения и поступательного движения головки 20 приведения во вращательное движение от этой трубы удлинителя или Келли 28 к сердечнику 24 шнекового бура 22. На фиг.3б схематически представлены упомянутые средства 34 этой механической связи.

В соответствии с предлагаемым изобретением данная буровая машина дополнительно содержит трубу 36 плунжера, которая смонтирована с возможностью скольжения внутри полого сердечника 24 шнекового бура и внутри трубы удлинителя или Келли 28.

Эта труба 36 содержит нижний конец 36а и верхний конец 36b, который присоединен к трубопроводу 32, предназначенному для подачи бетона или жидкого строительного раствора в трубу 36 плунжера.

Как это более наглядно показано на фиг.3а, верхний конец 28b трубы удлинителя или Келли присоединен к кольцевому подъемнику 38, который вставлен между верхним концом 28b этой трубы удлинителя или Келли и верхним концом 36b трубы плунжера.

Кольцевой подъемник 38, который охватывает верхнюю часть трубы плунжера, образован кольцевым корпусом 40, охватывающим трубу 36 плунжера и жестко связанным по поступательному движению с верхним концом 28b трубы удлинителя или Келли, но в предпочтительном варианте реализации являющимся свободным по отношению к этому верхнему концу 28b по вращательному движению.

Корпус 40 кольцевого подъемника 38 присоединен к трубопроводу 42 подачи рабочей жидкости под давлением, предназначенной для управления подъемником 38.

Подъемник 38 содержит также кольцевую подвижную часть 44, которая охватывает трубу 36 плунжера и верхний конец 44а которой присоединен и жестко связан с верхним концом 36b трубы плунжера при помощи средств 46 закрепления, которые обеспечивают жесткое соединения этой подвижной части подъемника с трубой плунжера по поступательному движению, но которые при этом, в предпочтительном варианте реализации, оставляют эту трубу плунжера свободной по вращательному движению.

Также в предпочтительном варианте реализации система 46 закрепления образует одновременно вращающийся стык для трубопровода 32 подачи бетона в трубу 36 плунжера.

Понятно, что благодаря наличию кольцевого подъемника 40, имеется возможность при любом положении механической системы образованной шнековым буром 22 и трубой удлинителя или Келли 28, определить для трубы 36 плунжера ее убранное или втянутое положение (фиг.3а), в котором конец 36а трубы плунжера убран или втянут по отношению к нижнему концу 24а полого сердечника шнекового бура, и ее выдвинутое из этого полого сердечника положение, схематически представленное на фиг.3б.

В первом из упомянутых выше случаев корпус кольцевого подъемника 40 запитывается рабочей жидкостью под давлением, что вызывает подъем трубы плунжера по отношению к системе, образованной шнековым буром и трубой удлинителя или Келли.

В том случае, когда прекращается питание корпуса 40 этого подъемника жидкостью под давлением, труба плунжера опускается по отношению к системе, образованной шнековым буром и трубой удлинителя или Келли, и нижний конец 36а этой трубы оказывается выступающим за пределы нижнего конца 24а полого сердечника шнекового бура.

В этом положении имеется возможность контролировать при помощи трубы плунжера нагнетание бетона в скважину, предварительно пробуренную при помощи шнекового бура 22. Для этого в предпочтительном варианте реализации и в целом известным образом, в непосредственной близости от своего нижнего конца 36а боковая стенка этой трубы плунжера снабжена отверстиями 50 нагнетания.

В положении нагнетания бетона отверстия 50 располагаются на контролируемой глубине h' под нижним концом 24а шнекового бура, что позволяет удерживать отверстия 50 нагнетания на уровне ниже свободной поверхности бетона, постепенно заполняющего пробуренную скважину.

Как это само по себе является известным, имеется возможность оборудовать нижний конец 36а трубы плунжера соответствующим буровым инструментом, который облегчает действие шнекового бура в процессе бурения скважины.

В этом случае может оказаться полезным предусмотреть, чтобы труба 36 плунжера была соединена по вращательному движению со шнековым буром 22 и трубой удлинителя или Келли 28. Это оказывается возможным в результате наличия вращающегося стыка 46, обеспечивающего связь между трубопроводом 32 подачи бетона и трубой 36 плунжера.

На фиг.4 схематически представлен момент начала заполнения бетоном скважины после завершения ее бурения. При этом нижний конец 36а трубы плунжера располагается ниже нижнего конца шнекового бура 24а таким образом, чтобы отверстия 50 обеспечивали возможность нагнетания бетона под этим шнековым буром в нижнюю часть 52 пробуренной скважины.

Затем кольцевой подъемник 38, удерживающий трубу 36 плунжера в ее выдвинутом положении, а также система, образованная шнековым буром 22, трубой удлинителя или Келли 28 и трубой 36 плунжера, поднимается в целом посредством упомянутой головки 20 приведения во вращательное движение. Высота h' между концом 24а полого сердечника шнекового бура и отверстиями 50 нагнетания представляет собой диапазон безопасности, предназначенный для того, чтобы отверстия 50 гарантированно оставались расположенными ниже уровня свободной поверхности бетона в процессе поднятия этого шнекового бура и трубы удлинителя.

Понятно, что описанная выше машина эффективно обеспечивает возможность, с одной стороны, реализации винтовых свай повышенной глубины благодаря наличию трубы удлинителя или Келли 28, смонтированной на верхнем конце сердечника шнекового бура, а с другой стороны, высокое качество формируемой таким образом литой сваи вследствие наличия трубы 36 плунжера и возможности относительного перемещения этой трубы плунжера по отношению к шнековому буру 22 благодаря использованию кольцевого подъемника 38, управление которым может быть независимым от положения головки 20 приведения во вращательное движение и, следовательно, от положения данного шнекового бура.

1. Машина для реализации винтовых свай, содержащая шнековый бур, содержащий полый сердечник и, по меньшей мере, одну винтовую лопасть, причем полый сердечник имеет открытый верхний конец и открытый нижний конец, трубу плунжера, установленную с возможностью скольжения внутри полого сердечника шнекового бура, причем верхний конец трубы плунжера присоединен к трубопроводу подачи бетона, а ее нижний конец снабжен отверстиями, отличающаяся тем, что имеет вертикальные направляющие средства, головку приведения во вращательное движение, подвижную относительно вертикальных направляющих средств, трубу удлинителя, нижний конец которой жестко закреплен на верхнем конце полого сердечника шнекового бура, причем головка приведения во вращательное движение взаимодействует с трубой удлинителя для приведения во вращательное движение системы, образованной шнековым буром и трубой удлинителя, средства, образующие подъемник, первый конец которого жестко связан по поступательному движению с верхним концом трубы удлинителя, а второй конец которого жестко связан по поступательному движению с верхним концом трубы плунжера, средства, предназначенные для управления средствами, образующими подъемник, при помощи которых относительное положение нижнего конца трубы плунжера может быть изменено по отношению к положению нижнего конца сердечника шнекового бура между его первым положением, в котором нижний конец трубы плунжера находится в убранном или втянутом положении по отношению к нижнему концу сердечника шнекового бура, и его вторым положением, в котором отверстия в трубе плунжера расположены снаружи от сердечника шнекового бура.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что средства, образующие подъемник, содержат кольцевой корпус, охватывающий трубу плунжера и жестко связанный по поступательному движению с верхним концом трубы удлинителя, и кольцевую подвижную часть, охватывающую трубу плунжера и жестко связанную по поступательному движению с верхним концом трубы плунжера.

3. Машина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что вертикальные направляющие средства содержат мачту и каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль мачты, причем упомянутая головка приведения во вращательное движение жестко связана с этой кареткой.

4. Машина по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что нижний конец трубы плунжера снабжен специальным буровым инструментом.

5. Машина по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что труба плунжера содержит в своей боковой стенке, по меньшей мере, одно отверстие для выхода бетона, которое смещено по отношению к нижнему концу трубы плунжера.

6. Машина по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что верхний конец трубы плунжера присоединен к трубопроводу подачи бетона при помощи вращающегося стыка.