Устройство и способ возведения противофильтрационной диафрагмы
Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству и способу возведения противофильтрационных диафрагм и ограждающих стенок в слабых водонасыщенных песчано-глинистых грунтах. Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение устойчивости грунтов. Устройство включает спаренные направляющие, на каждой из которых установлен рабочий орган, пульпоотводящее приспособление, пружинящие элементы и траверсу. Траверса установлена на пульпоотводящем приспособлении с возможностью возвратно-поступательного движения. Пульпоотводящее приспособление жестко соединено с направляющими. Рабочие органы выполнены в виде цепи с зубьями, один конец которой соединен с направляющей через пружинящий элемент, а другой конец через тягу жестко соединен с траверсой, причем рабочие органы входят в зацепление со звездочками, установленными на направляющих с возможностью вращения навстречу друг другу. Способ предусматривает возведение противофильтрационной диафрагмы, при котором формируют два ряда элементов диафрагмы. Под защитой глинистого раствора в грунте прорезают щели на расстоянии друг от друга, меньшем, чем их длина, заполняют щели бетоном. После формирования первого ряда элементов диафрагмы приступают к формированию элементов второго ряда диафрагмы, для этого с помощью предложенного устройства под защитой глинистого раствора прорезают щели в шахматном порядке, между элементами диафрагмы первого ряда, с их перекрытием, для образования замка, щели заполняют бетоном. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству и способу возведения противофильтрационных диафрагм и ограждающих стенок в слабых водонасыщенных песчано-глинистых грунтах.
В стесненных условиях городской застройки строительство любых новых объектов затруднено. При разработке котлованов вблизи зданий и сооружений в слабых водонасыщенных грунтах существует большая вероятность возникновения деформаций и горизонтальных перемещений грунтов из-под фундаментов, а также поступление подземных вод в котлован. Поэтому при строительстве новых объектов требуется создание надежных противофильтрационных диафрагм.
Известны буровые грунторезные машины с рабочим органом в виде бесконечной цепи (патент RU 2206668, опубликовано 20.06.2003, US 2004172865, опубликовано 09.09.2004). Недостатком данного вида машин является невозможность бурения глубоких щелей в грунте. Максимально допустимая глубина составляет 2-3 м, при дальнейшем заглублении происходит заклинивание рабочего органа, что может привести к его поломке.
Также известны фрезерные устройства для фрезерования щелей в грунте (патент RU 2268339, опубликовано 27.07.2005, патент RU 2275469, опубликовано 27.07.2005). Устройства включают раму, две фрезы, установленные на раме с возможностью вращения, а также привод для каждой фрезы, выполненный в виде гидромотора, который кинематически связан с соответствующей фрезой.
Включение в конструкцию устройства гидромотора увеличивает габариты, что делает невозможным фрезерование щелей в грунте до 150 мм и увеличивает стоимость конструкции.
Известен способ сооружения ограждающей стены в грунте методом буросекущихся свай, включающий бурение скважины через одну на расстоянии между ними, меньшем, чем диаметр этих скважин, и установку в пробуренные скважины каркаса (патент RU 2148123, опубликовано 27.04.2000).
Недостаток известного способа заключается в сложности и длительности процесса, а также требует применения дорогостоящего оборудования. Кроме того, вследствие недостаточной жесткости и несущей способности стены, существует возможность возникновения просадки грунтов, что приводит к деформации и разрушениям фундаментов и оснований. А при бурении на большую глубину происходит отклонение бура от вертикального положения, в результате чего в ограждающей стене появляются участки, не заполненные бетоном.
Известен способ возведения ограждающей стены в грунте, при котором затвердевающий раствор перемешивают с грунтом, причем процесс перемешивания происходит непосредственно в щели (патент RU 2275469, опубликовано 27.07.2005).
При возведении стены известным способом в слабых водонасыщенных грунтах не исключается возможность осыпания стенок, не обеспечиваются необходимые прочностные характеристики стены.
Задачей изобретения является создание простого устройства с низкой стоимостью, позволяющего прорезать в грунте узкие и глубокие щели, а также создание способа возведения противофильтрационной диафрагмы в слабых водонасыщенных грунтах, который обеспечит устойчивость грунтов и исключит возможность осыпания стенок щелей в процессе создания диафрагмы.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство включает спаренные направляющие, на каждой из которой установлен рабочий орган, пульпоотводящее приспособление, пружинящие элементы и траверсу. Траверса установлена на пульпоотводящем приспособлении с возможностью возвратно-поступательного движения. Пульпоотводящее приспособление жестко соединено с направляющими. Рабочие органы выполнены в виде цепи с зубьями, один конец которой соединен с направляющей через пружинящий элемент, а другой конец жестко соединен с траверсой через тягу, причем рабочие органы входят в зацепление со звездочками, установленными на направляющих с возможностью вращения навстречу друг другу. Устройство с двух сторон может быть снабжено калибрующими элементами в виде листов. Пульпоотводящее приспособление может включать воздухоподающую трубу и две пульпоотводящие трубы, на которых установлена траверса. На каждой направляющей с двух сторон выполнены канавки, в одну канавку заложена тяга, а другая канавка взаимодействует с рабочим органом.
Предложенное устройство позволяет прорезать в грунте узкие щели шириной 100-150 мм за счет выполнения рабочих органов в виде цепей и приведения их в движение с помощью механических связей устройства, что также снижает стоимость и упрощает конструкцию устройства.
Задача решается за счет того, что при возведении противофильтрационной диафрагмы формируют два ряда элементов диафрагмы. С помощью предложенного устройства под защитой глинистого раствора в грунте прорезают щели на расстоянии друг от друга, меньшем, чем их длина, заполняют щели бетоном. После формирования первого ряда элементов диафрагмы приступают к формированию элементов второго ряда диафрагмы, для этого с помощью предложенного устройства под защитой глинистого раствора прорезают щели в шахматном порядке, между элементами диафрагмы первого ряда, с их перекрытием, для образования замка, щели заполняют бетоном.
Предложенный способ позволяет предотвратить осыпание стенок щелей в процессе возведения противофильтрационной диафрагмы в слабых водонасыщенных грунтах, за счет прорезания щелей с помощью предложенного устройства и их бетонирования через одну в шахматном порядке.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для прорезания щелей в грунте;
на фиг.2 - вид в разрезе устройства для прорезания щелей в грунте;
на фиг.3 - противофильтрационная диафрагма.
Устройство для прорезания щелей в грунте содержит две спаренные направляющие 1, на нижних концах направляющих установлены с возможностью вращения навстречу друг другу звездочки 2, с каждой из которых входит в зацепление рабочий орган, выполненный в виде цепи 3 с зубьями. Один конец цепи соединен с направляющей 1 через пружину 4, а другой конец через тягу 5 жестко соединен с траверсой 6, причем тяга выполнена в виде металлического троса прямоугольного сечения. Упругость пружины, ее длина и диаметр определяется весом устройства. Траверса установлена с возможностью возвратно-поступательного движения на пульпоотводящем приспособлении, которое включает воздухоподающую трубу 7 и две пульпоотводящие трубы 8. Пульпоотводящие трубы жестко соединены посредством сварки с направляющими. На каждой направляющей с двух сторон по всей длине имеются канавки прямоугольного профиля, в которые с одной стороны заложена тяга 5, а с другой - Т-образные выступы основания цепи 3. Кроме того, направляющие с двух сторон снабжены калибрующими листами 9. На верхней поверхности траверсы имеется скоба 10, к которой крепится лебедка строительной машины (не показано).
Устройство для прорезания щелей работает следующим образом.
В исходном положении устройство на лебедке строительной машины подвешивается в вертикальное положение над намеченным местом прорезания щели. При этом лебедка находится на тормозе, а пружины растянуты за счет веса устройства на среднюю величину. Далее лебедка отпускается с тормоза, пружины максимально сжимаются, а устройство под действием собственного веса свободно падает вниз и при достижении забоя заглубляется в грунт. На следующем этапе устройство с помощью строительной машины поднимают, в результате чего траверса по пульпоотводящим трубам перемещается вверх и посредством тяг перемещает цепь, которая срезает зубьями грунт. При этом звездочки вращаются навстречу друг другу, а пружина растягивается на максимальную величину. Устройство отрывается от забоя, а срезанный грунт подается в пространство между направляющими к пульпоотводящему приспособлению. Процесс транспортировки грунта происходит следующим образом: компрессор подает воздух по воздухоподающей трубе 7 в пульпоотводящие трубы 8, где образуется водовоздушная смесь, которая захватывает разрыхленный грунт, и, образуя пульпу, выносит ее через пульпоотводящие трубы 8 к устью щели. На поверхности пульпа подается в систему очистки для регенерации глинистого раствора, который повторно используется в процессе работы. Далее устройство возвращается в исходное положение, и описанные действия повторяются до получения требуемой глубины щели. При возвращении устройства в исходное положение калибрующие листы 9 калибруют стены щели, что в случае высокой рыхлости грунта предотвращает осыпание стенок щели. Высота подъема устройства зависит от плотности грунта и может варьироваться, что позволяет проводить работы в грунтах, различных категорий. Глубина щелей, прорезанных с помощью данного устройства в слабых водонасыщенных грунтах, может составлять до 30 м, а в устойчивых - более 30 м.
Противофильтрационную диафрагму 11 возводят вблизи существующего здания 12, после чего приступают к разработке котлована 13. Способ возведения противофильтрационной диафрагмы заключается в формировании двух рядов элементов диафрагмы. Для формирования первого ряда в грунте, с применением предложенного устройства и под защитой глинистого раствора, прорезают щели шириной 100-150 мм, длиной 1000-1500 мм, на глубину на 3-5 м ниже глубины разработки котлована или до водоупора. Щели прорезают на расстоянии друг от друга, меньшем, чем их длина на 100-200 мм, и заполняют мелкозернистым бетоном. После достижения бетоном оптимального значения прочности 10-15 кг/см2, но не более 40 кг/см2, приступают к формированию второго ряда элементов диафрагмы. Для этого между элементами первого ряда в шахматном порядке прорезают щели с помощью предложенного устройства и под защитой глинистого раствора. При этом щели прорезают с перекрытием элементов диафрагмы первого ряда, в результате чего после заполнения щелей мелкозернистым бетоном и его затвердевания образуется замок. При достижении бетона проектных прочностных характеристик во всех элементах диафрагмы процесс возведения противофильтрационной диафрагмы считается завершенным и приступают к разработке котлована.
Предложенное устройство позволяет прорезать в грунте узкие щели шириной 100-150 мм за счет выполнения рабочих органов в виде цепей и приведения их в движение с помощью механических связей устройства, что уменьшает габаритные размеры устройства, а также снижает стоимость и упрощает конструкцию устройства. Кроме того, выполнение щелей шириной 100-150 мм позволяет сократить расходы на бетон при возведении противофильтрационной диафрагмы. Устройство обеспечивает строгую вертикальность элементов диафрагмы, в результате чего достигаются хорошие гидроизолирующие и противофильтрационные свойства в замках противофильтрационной диафрагмы.
Прорезание щелей в грунте на определенном расстоянии друг от друга, а также выполнение их шириной 100-150 мм, позволяет предотвратить осыпание стенок при возведении противофильтрационной диафрагмы. Ведение процесса под защитой глинистого раствора с небольшими интервалами 1000-1500 мм обеспечивает устойчивость грунтов под фундаментами существующих зданий и сооружений, находящихся в напряженном состоянии.
Несмотря на то, что изобретение было описано на примере, отображенном на фигурах, для специалистов в данной области будет понятно, что могут быть внесены изменения в форму и детали осуществления изобретения и сделаны эквивалентные замены элементов, не выходящие за границы идеи и объема изобретения. Также предполагается, что не следует пункты формулы изобретения, допускающие широкое толкование, в которых не указаны детали конкретного варианта осуществления, раскрытого здесь в качестве наилучшего способа осуществления изобретения, считать ограниченными такими деталями.
1. Устройство для прорезания щелей в грунте, включающее спаренные направляющие, на каждой из которых установлен рабочий орган, пульпоотводящее приспособление, пружинящие элементы и траверсу, при этом траверса установлена на пульпоотводящем приспособлении с возможностью возвратно-поступательного движения, а пульпоотводящее приспособление жестко соединено с направляющими, рабочие органы выполнены в виде цепи с зубьями, один конец которой соединен с направляющей через пружинящий элемент, а другой конец через тягу жестко соединен с траверсой, причем рабочие органы входят в зацепление со звездочками, установленными на направляющих с возможностью вращения навстречу друг другу.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с двух сторон снабжено калибрующими элементами в виде листов.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пульпоотводящее приспособление включает воздухоподающую трубу и две пульпоотводящие трубы, на которых установлена траверса.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на каждой направляющей с двух сторон выполнены канавки, в одну канавку заложена тяга, а другая канавка взаимодействует с рабочим органом.
5. Способ возведения противофильтрационной диафрагмы, включающий формирование двух рядов элементов диафрагмы, при котором с помощью устройства по п.1, под защитой глинистого раствора в грунте прорезают щели на расстоянии друг от друга меньшем, чем их длина, заполняют щели бетоном, после формирования первого ряда элементов диафрагмы приступают к формированию элементов второго ряда диафрагмы, для чего с помощью устройства по п.1, под защитой глинистого раствора, прорезают щели в шахматном порядке, между элементами диафрагмы первого ряда, с их перекрытием, для образования замка, щели заполняют бетоном.
