Буровой инструмент для проходки скважин под фундаментные сваи и буровая установка
Изобретение относится к области бурения, а именно к инструменту для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи. Инструмент содержит центральную трубу, коаксиальную оси бурения, по меньшей мере, одно ориентированное поперечно оси бурения ребро, на котором расположены несколько режущих зубьев, и выполненное в виде бурового ковша транспортирующее устройство для приема и/или транспортирования грунтового материала, разработанного режущими зубьями. На инструменте установлен буровой наконечник, по меньшей мере, с двумя резцами, расположенными с опережением режущих зубьев в направлении бурения, смещенными относительно друг друга и отстоящими друг от друга с образованием центрального свободного пространства. Резцы выполнены стреловидными на нижних концах с длинной наружной кромкой и короткой внутренней кромкой, а для разработки центральной колонки грунта предусмотрена по существу горизонтальная кромка. Буровой наконечник разъемно закреплен в трубчатом приемном устройстве на нижнем конце центральной трубы, которое выполнено многоугольным, в особенности четырехугольным. Обеспечивает особенно точное сооружение свай. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к буровому инструменту для проходки скважин под фундаментные сваи в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения
Уровень техники
Скважины под фундаментные сваи служат, например, для того, чтобы возводить свайные фундаменты или так называемые фундаментные сваи для зданий. Фундамент такого типа необходим, когда нижний слой грунта под сооружаемым зданием не имеет достаточной несущей способности. В этих случаях посредством скважин под фундаментные сваи в грунте создают полые пространства, проходящие до глубины слоя достаточной несущей способности. Затем эти скважины заполняют цементом или подобным материалом. Для достижения по возможности наибольшей устойчивости фундамента особенно важно сооружение сваи в точном положении в расчетном месте в грунте. В особенности желательно предотвращение отклонений от направления проходки скважины.
В качестве инструмента для проходки скважин известны, например, так называемые буровые ковши. Такие инструменты используются в способе цикличного бурения. При этом вначале инструмент забуривают в грунт. Когда с помощью инструмента произведена разработка достаточного количества грунтового материала и ковш заполнен, инструмент выводят из скважины, опорожняют и производят следующий цикл бурения.
Из патентного документа ФРГ №4209854 известен инструмент для проходки скважин под сваи с буровым шнеком, завинчиваемый в грунт при бурении. При шнековом бурении грунтовый материал разрабатывается режущими зубьями и транспортируется шнеком наверх. Такие инструменты могут использоваться для непрерывного и цикличного способов бурения.
Для точного ориентирования и направления инструмента в процессе бурения в данном инструменте служит направленный вниз центрирующий наконечник, насаженный на инструмент.
Поскольку скважины под сваи служат для сооружения фундаментов, они должны имеет соответствующие большие размеры. Поэтому, как это описано в патентном документе ФРГ №4132314 С2, инструменты для проходки скважин должны, как правило, позиционироваться для бурения, например, с помощью гусеничных машин. Во время бурения верхняя часть бурового инструмента направляется данным несущим устройством. Для проходки особенно глубоких скважин под сваи такого направления только в верхней части недостаточно для выполнения бурения, точного по направлению.
Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании инструмента для проходки скважин под сваи, обеспечивающего особенно точное возведение свай.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в инструменте для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи, содержащем центральную трубу, коаксиальную оси бурения, по меньшей мере одно ориентированное поперечно оси бурения ребро, на котором расположены несколько режущих зубьев, и транспортирующее устройство для приема и/или транспортирования грунтового материала, разработанного режущими зубьями. Согласно изобретению инструмент содержит по меньшей мере два резца, расположенные с опережением режущих зубьев в направлении бурения, смещенные относительно друг друга и отстоящие друг от друга с образованием центрального свободного пространства.
Основная идея изобретения состоит в том, инструмент для проходки скважин может лучше направляться в процессе бурения в желаемом направлении за счет двойной функции центрирования. Первая функция центрирования выполняется двумя резцами, которые находятся в центре нижней стороны инструмента. Эти два резца, укрепленные на инструменте на расстоянии друг от друга, образуют в центре свободное пространство. В этом свободном пространстве остается стоять часть грунта. Таким образом, эта часть грунта образует в центре скважины направляющий конус, который обеспечивает вторую функцию центрирования. Указанные смещенные относительно друг друга три, четыре или большее число резцов создают внутренние и наружные направляющие поверхности. За счет такой двойной функции центрирования при глубоком бурении может производиться проходка на глубину от 20 до 100 м, при этом значительно снижается опасность отклонения от направления на буровом наконечнике.
В особенно предпочтительном примере выполнения транспортирующее устройство выполнено в виде бурового ковша. При бурении с помощью бурового ковша двойное центрирование по изобретению особенно выгодно, поскольку буровой ковш направляется по боковой стенке скважины на относительно небольшое расстояние от 1 до 3 м. В остальном (кроме двойного центрирования) направление осуществляется посредством буровой штанги, которая отстоит от боковой стенки скважины.
Использование бурового ковша особенно упрощается, когда он на своей нижней стороне снабжен по меньшей мере одним окном с запираемой крышкой, а на окне расположено ребро с режущими зубьями. При этом в процессе бурения грунтовый материал, разработанный режущими зубьями, транспортируется непосредственно во внутреннее пространство бурового ковша. За счет возможности закрытия этого окна после заполнения грунтовым материалом буровой ковш может быть заперт и извлечен из скважины для опорожнения. Таким образом, грунтовый материал не может падать обратно в скважину.
В особенно предпочтительном примере выполнения инструмента по меньшей мере два отстоящих друг от друга резца выполнены в виде единого бурового наконечника. Поскольку буровой наконечник предназначен для направления инструмента в заданном направлении бурения, на него действуют очень большие усилия. Поэтому особенно выгодно выполнение этих резцов в виде единого элемента для лучшего восприятия таких сил. Однако в грунтах, где эти силы не особенно велики, могут использоваться три или четыре отдельных резца.
Особенно простое запирание окна бурового ковша может достигаться за счет того, что буровой наконечник жестко связан с крышкой, а крышка установлена с возможностью поворота относительно бурового ковша. Поворотное соединение крышки относительно бурового ковша выполнено таким образом, что, когда инструмент активно вращается в грунте в определенном направлении вращения, крышка открывает окно ковша за счет вращательного движения. Когда ковш извлекают из скважины, инструмент вращают в противоположном направлении, так что крышка смещается в положение перекрытия окна и запирает ковш. За счет такого решения создается простая конструкция для запирания окна бурового ковша без дополнительных средств на ковше.
В следующем примере выполнения инструмент для проходки в грунте скважин под сваи отличается тем, что транспортирующее устройство снабжено по меньшей мере одной винтовой лопастью, укрепленной на центральной трубе. Использование такой транспортирующей лопасти в качестве транспортирующего устройства дает то преимущество, что бурение может производиться непрерывно. Разработанный грунтовый материал транспортируется вверх одной или несколькими лопастями.
Для укрепления пробуренной скважины от окружающего грунта в особенно предпочтительном примере выполнения центральная труба выполнена для ввода суспензии. Тогда во время извлечения бурового инструмента в скважину может вводиться опорная суспензия. Возможно также через эту центральную трубу вводить в скважину связующую суспензию с тем, чтобы заполнять скважину этой суспензией и затем с помощью других средств обеспечивать схватывание этой суспензии для возведения в скважине твердого тела.
В особенно предпочтительном примере выполнения буровой наконечник разъемно укреплен в приемном устройстве на нижнем конце центральной трубы. В этом случае при повреждении бурового наконечника он может быть заменен целиком. Кроме того, при разъемном креплении можно выбирать буровые наконечники в соответствии с нижними слоями грунта, в которых будет выполняться бурение, для достижения наилучшей эксплуатации и наилучшего направления инструмента при бурении.
В принципе приемное устройство для бурового наконечника может быть выполнено любым образом. Однако в особенно предпочтительном примере выполнения приемное устройство выполнено многоугольным, в особенности четырехугольным. За счет этого крутящий момент вращательного движения инструмента особенно хорошо передается на буровой наконечник.
В особенно предпочтительном примере выполнения инструмента на его верхней стороне выполнено соединительное устройство для разъемного соединения с буровой штангой. Через эту буровую штангу, которая может быть снабжена дополнительными винтовыми элементами, крутящий момент передается инструменту. Преимущество разъемного соединения заключается в том, что как буровая штанга, так и инструмент для проходки скважин могут использоваться раздельно или совместно с другими устройствами.
Для проходки скважин под сваи с помощью инструмента по изобретению предусмотрена буровая установка, содержащая мачту с расположенным на ней приводом вращения и буровую штангу, которая приводится во вращение приводом вращения. Указанные устройства целесообразны тем, что с их помощью можно осуществлять проходку скважин большой глубины, а диаметр свай может быть выбран относительно большим. Кроме того, буровая установка с мачтой служит для дополнительной стабилизации направления инструмента для проходки скважин.
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны предпочтительные примеры осуществления изобретения.
Фиг.1 изображает на виде сбоку в перспективе инструмент для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи, содержащий буровой ковш,
фиг.2 изображает на виде сбоку в перспективе инструмент для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи, содержащий винтовую лопасть,
фиг.3 и 4 изображают на виде сбоку буровой наконечник инструмента для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи,
фиг.5 изображает на виде сбоку в перспективе инструмент для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи, содержащий на своей части две винтовые лопасти.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг.1 показан на виде сбоку в перспективе инструмент 1 для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи в примере выполнения с буровым ковшом 2. Крутящий момент передается на инструмент 1 через центральную трубу 20, расположенную коаксиально оси бурения. На ребре 8 ковша расположены в ряд четыре режущих зуба 3 для разработки грунта. Перед ребром 8 расположено окно 11 бурового ковша 2, через которое разработанный материал поступает внутрь ковша. Когда буровой ковш заполнен достаточным количеством материала, он закрывается поворотной крышкой 4. Это легко осуществляется за счет поворотной установки крышки 4, которая жестко соединена с буровым наконечником 5. Поворот крышки 4 в положение закрытия окна 11 бурового ковша 2 производится вращением в направлении, противоположном вращению при нормальном бурении. Таким образом, разработанный материал остается запертым в буровом ковше 2.
После того как инструмент 1 вновь поднят на дневную поверхность, посредством открывающего механизма 6 открывается запор 7 крышки 4. При этом крышка 4, шарнирно укрепленная своей боковой стороной, откидывается, и грунтовый материал свободно выходит из бурового ковша 2. После того как крышка 4 бурового ковша вновь закрывается, инструмент 1 может вновь быть опущен в скважину для бурения.
Цилиндрический буровой ковш 2 снабжен на своей верхней стороне ребристой центральной трубой 20, которая служит для соединения с буровой штангой. В определенных примерах выполнения центральная труба 20 может проходить насквозь через буровой ковш 2, например, для ввода суспензии в скважину. В данном примере она выполнена в виде короткой трубчатой насадки.
Буровой наконечник 5 разъемно укреплен на нижнем конце инструмента для проходки скважин. Он вставлен в трубчатое приемное устройство 10, которое может представлять собой часть центральной трубы 20. Приемное устройство 10 разъемно соединено со вставленным в него буровым наконечником 5 поперечным запорным пальцем 9.
Инструмент для проходки в грунте скважин под сваи в следующем примере выполнения показан на фиг.2. Здесь инструмент 1 снабжен винтовой лопастью 21, которая приварена к центральной трубе 20. Они образуют вместе так называемый буровой шнек. Материал, срезанный режущими зубьями 3, транспортируется буровым шнеком в направлении дневной поверхности.
На чертеже показано также соединительное устройство 22, которое выполнено на центральной трубе и служит для соединения инструмента 1 с буровой штангой, не показанной на чертеже. Через эту буровую штангу на инструмент 1 передается крутящий момент. Если через центральную трубу 20 в скважину должна подаваться суспензия, буровая штанга снабжается устройством для подвода суспензии. Крепление бурового наконечника 5 выполнено аналогично первому примеру осуществления. Буровой наконечник 5 укреплен в приемном устройстве 10 пальцем 9. Инструмент 1 для проходки в грунте скважин под сваи в этом примере выполнения особенно пригоден для водонепроницаемых грунтов.
На фиг.3 и 4 буровой наконечник 5 инструмента для проходки в грунте скважин под сваи на двух видах сбоку. В данном примере выполнения показаны резцы 31 на буровом наконечнике, выполненные в виде единого общего элемента. В той области, где буровой наконечник 5 вставляется в приемное устройство 10, он имеет четырехугольную форму. За счет разъемного крепления бурового наконечника 5 на инструменте 1 особенно легко производить его замену. Таким образом, инструмент для проходки в грунте скважин под сваи с различными буровыми наконечниками 5 может быть особенно хорошо подобран в соответствии со свойствами разрабатываемого грунта.
В области, предназначенной для ввода в приемное устройство 10, в буровом наконечнике 5 выполнена сквозная проточка 32. Для крепления бурового наконечника 5 в приемном устройстве 10 оно также снабжено проточкой. Эти две проточки расположены таким образом, что в обе проточки может быть вставлен запорный палец 9 крепления бурового наконечника 5. Уступ 34 между резцами 31 и четырехугольным телом, предназначенным для ввода в приемное устройство 10 и имеющим закругленные углы, служит для особенно хорошего позиционирования бурового наконечника 5 в приемном устройстве 10. Этот уступ 34 способствует тому, что сквозная проточка 32 совмещается с проточкой в приемном устройстве 10 таким образом, что запорный палец 9 беспрепятственно вводится в обе проточки.
Резцы 31 бурового наконечника 5 выполнены стреловидными на нижних концах с длинной наружной кромкой 35 и короткой внутренней кромкой 36. Длинная наружная кромка 35 проходит с наклоном наружу от оси вращения бурового наконечника 5. Это обеспечивает особенно хорошее направление бурового наконечника 5 и всего инструмента 1 для проходки скважин. Короткие внутренние кромки 36, которые проходят наклонно внутрь к оси вращения, врезаются в центральную колонку грунта, что обеспечивает выполнение второй центрирующей функции. В процессе бурения эта центральная колонка грунта проходит по существу до примерно горизонтальной кромки 33 и при вращении инструмента 1 разрабатывается этой острой дугообразной кромкой 33, чтобы создать возможность дальнейшего продвижения инструмента в грунт.
В примере выполнения по фиг.5 инструмент 1 для проходки в грунте скважин под сваи снабжен второй винтовой лопастью 41, которая, как и первая винтовая лопасть 21, приварена к центральной трубе 20. Здесь инструмент 1 имеет два ребра 8, 44 с укрепленными на них режущими зубьями 3 для разработки грунтового материала. В показанном примере выполнения режущие зубья 3 установлены на ребрах по дуговой линии. Использование двух ребер 8, 44 с режущими зубьями 3 дает преимущество в том, что инструмент 1 подвергается симметричной нагрузке при бурении. Эта симметричная нагрузка на инструмент, как и буровой наконечник 5, снижает отклонения инструмента 1 от желаемого направления бурения. Для достижения особенно хорошего выдерживания направления бурения на конце вала установлен дополнительный направляющий бортик 45.
Вторая лопасть 42, приваренная в инструменте 1, является витком в три четверти окружности, однако этой протяженности достаточно для достижения симметричной нагрузки инструмента. На соединительном устройстве 22 инструмента 1 укреплена удерживающая проушина 42, служащая для транспортировки инструмента 1, когда он не укреплен на буровой штанге. Кроме того, в соединительном устройстве 22 имеются соединительные отверстия 43. Они служат для соединения соединительного устройства 22 с буровой штангой с силовым замыканием. Это может осуществляться, например, с помощью дополнительных запорных пальцев. Однако соединительные отверстия 43 на многоугольном соединительном устройстве 22 могут служить также в качестве подсоединении для подачи суспензии в центральную трубу. Эта суспензия может выходить в скважину, например, в области бурового наконечника 5 через выходные отверстия в центральной трубе 20.
Буровой инструмент для проходки в грунте скважин под сваи обеспечивает особенно точное сооружение свай.
1. Инструмент (1) для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи, содержащий центральную трубу (20), коаксиальную оси бурения, по меньшей мере, одно ориентированное поперечно оси бурения ребро (8), на котором расположены несколько режущих зубьев (3), и выполненное в виде бурового ковша транспортирующее устройство для приема и/или транспортирования грунтового материала, разработанного режущими зубьями, отличающийся тем, что на нем установлен буровой наконечник (5) с, по меньшей мере, двумя резцами (31), расположенными с опережением режущих зубьев (3) в направлении бурения, смещенными относительно друг друга и отстоящими друг от друга с образованием центрального свободного пространства, причем резцы выполнены стреловидными на нижних концах с длинной наружной кромкой (35) и короткой внутренней кромкой (36), а для разработки центральной колонки грунта предусмотрена по существу горизонтальная кромка (33), причем буровой наконечник (5) разъемно закреплен в трубчатом приемном устройстве (10) на нижнем конце центральной трубы (20), которое выполнено многоугольным, в особенности четырехугольным.
2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что буровой ковш (2) на своей нижней стороне снабжен, по меньшей мере, одним окном (11) с запираемой крышкой (4), а на окне (11) расположено ребро (8) с режущими зубьями (3).
3. Инструмент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два отстоящих друг от друга резца (31) выполнены в виде единого бурового наконечника (5).
4. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что буровой наконечник (5) жестко связан с крышкой (4), а крышка (4) установлена с возможностью поворота относительно бурового ковша (2).
5. Инструмент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что транспортирующее устройство снабжено, по меньшей мере, одной винтовой лопастью (21), укрепленной на центральной трубе (20).
6. Инструмент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что центральная труба (20) выполнена с возможностью ввода суспензии.
7. Инструмент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что на его верхней стороне выполнено соединительное устройство (22) для разъемного соединения с буровой штангой.
8. Буровая установка, содержащая мачту с расположенным на ней приводом вращения и буровую штангу, которая приводится во вращение приводом вращения, отличающаяся тем, что предусмотрен инструмент (1) для проходки в грунте скважин под фундаментные сваи, заявленный в любом из пп.1-7.
