Вибраторная система и способ изготовления колонн материала в почве



Вибраторная система и способ изготовления колонн материала в почве
Вибраторная система и способ изготовления колонн материала в почве
Вибраторная система и способ изготовления колонн материала в почве
Вибраторная система и способ изготовления колонн материала в почве
Вибраторная система и способ изготовления колонн материала в почве

 


Владельцы патента RU 2446254:

ДЕГЕН Вильхельм (US)
ДЕГЕН Александер (AE)

Изобретение относится к вибраторной системе для изготовления колонн материала в почве, которая имеет удлиненное тело вибратора с имеющей периметр образующей поверхностью, и, по меньшей мере, один проходящий, по меньшей мере, частично вокруг периметра тела вибратора выступ для продавливания вглубь находящегося в кольцевом пространстве под выступом материала при движении вниз тела вибратора. Изобретение относится к способу изготовления колонны материала в почве с применением такой вибраторной системы. Технический результат - транспортировка материала в нижнюю часть колонны и его уплотнение. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к вибраторной системе и способу изготовления колонн материала, которые устанавливаются в почве для улучшения свойств почвы строительного грунта.

Уже давно известны два основополагающих способа изготовления колонн материала в почве. В способе «мокрого набивного уплотнения» после выполнения имеющего форму колонны отверстия в отверстие подают промывочную воду. За счет быстрого перемещения вверх и вниз вибратора возникает в комбинации с промывкой водой поток, который так размывает материал почвы, что возникает кольцевое пространство между глубинным вибратором и примыкающей зоной почвы, за счет чего обеспечивается возможность транспортировки гравия, бетона вторичной переработки, песка или подобного зерновидного сыпучего материала вдоль глубинного вибратора в отверстие. Наряду с размывающим действием вода имеет еще другие важные функции, а именно стабилизации стенки отверстия против вызываемого давлением грунтовых вод разрушения стенки и предотвращения заклинивания гравия между стенкой отверстия и глубинным вибратором. Проходящий вверх поток воды разрушает эти образованные за счет заклинивания «мосты» и обеспечивает транспортировку гравия в глубину вплоть до нижнего конца вибратора, где он уплотняется в так называемую набивную колонну. Проблемой этого способа является, прежде всего, устранение очень заиленной промывочной воды, что связано, среди прочего, с большими затратами, а также вымывание возможно имеющихся загрязнений из почвы на поверхность.

Во втором способе, способе «сухого набивного уплотнения», сбоку вдоль вибратора закрепляют трубу подачи материала, по которой транспортируется материал к нижнему концу глубинного вибратора. Недостатком по сравнению с мокрым набивным уплотнением являются небольшая производительность подачи (объема в единицу времени) гравия и высокая стоимость более сложного оборудования.

В обоих способах транспортировка материала осуществляется к нижнему концу вибратора лишь за счет действующей на материал силы тяжести. Без промывочной воды или без подающей трубы транспортировка гравия в слои почвы ниже уровня грунтовых вод невозможна. Для ускорения транспортировки или при остановке транспортировки материала остается единственным выходом лишь увеличение кольцевого пространства, что, однако, в большинстве случаев является нежелательным, поскольку это приводит к ненужному вымыванию почвы и повышенному расходу промывочной воды.

Из DE 103 14 368 А1 известен соединенный с глубинным вибратором цилиндрический копер, который для стабилизации комплекта вибратора снабжен крыльями, которые расположены на образующей поверхности тела вибратора.

В FR 1,277,369 А приведено описание вибратора с двумя лежащими коаксиально друг в друге трубами. Нижний конец внутренней трубы выступает вниз за суженный конец наружной трубы и для образования головки вибратора снова проходит вверх за нижний конец наружной трубы, так что он перекрывает нижний конец наружной трубы в зоне сужения.

В GB 2 286 613 А показана обсадная труба для предварительного формирования отверстия в почве. В определенном вертикальном положении обсадная труба имеет диаметр 600 мм и сужается как вверх, так и вниз. Нижний конец обсадной трубы заканчивается конической, направленной вниз вершиной, которая не выступает по сторонам за обсадную трубу.

В GB 650 083 А показана вспомогательная свая с сужающимся вниз, заканчивающимся острием концом. Непосредственно над сужением вспомогательная свая окружена кольцом.

Задачей данного изобретения является создание устройства и способа для создания набивных колонн, в котором по сравнению с уровнем техники не имеется или имеется лишь небольшая потребность в промывочной воде, а также нет необходимости в подающей трубе.

Эта задача решена с помощью вибраторной системы по пункту 1 формулы изобретения и способа по пункту 9 формулы изобретения. Варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Вибраторная система согласно одному примеру выполнения изобретения содержит удлиненное тело вибратора с имеющей периметр образующей поверхностью. На этой окружности расположен выступ, который проходит в боковом направлении от тела вибратора и, по меньшей мере, на некоторых участках вокруг этого периметра.

При использовании такой вибраторной системы для изготовления колонн материала в почве, после выполнения отверстия, после опускания вибраторной системы в отверстие и после внесения материала транспортировка материала к нижнему концу тела вибратора осуществляется не только за счет силы тяжести. Эта транспортировка материала дополнительно поддерживается при перемещении вверх и вниз вибраторной системы за счет выступа, который действует в качестве механического транспортировочного устройства аналогично лопате. Этот проходящий, по меньшей мере, в некоторых участках вокруг периметра и выступающий в боковом направлении выступ вдавливает при движении вниз тела вибратора находящийся в кольцевом пространстве под выступом материал дальше в глубину в направлении нижнего конца тела вибратора, где материал уплотняется в набивную колонну.

При последующем движении вверх материал вследствие конической формы выступа, однако, не транспортируется снова вверх, а выдавливается по сторонам в почву, чтобы при следующем движении вниз быть снова захваченным выступом и транспортироваться в глубину создаваемой колонны.

Выступ предпочтительно выполнен так, что он под острым углом, в указывающем к нижнему концу тела вибратора направлении становится шире. При этом геометрическая форма этого выступа может соответствовать геометрической форме усеченного конуса или усеченной пирамиды. Кроме того, выступ может иметь несколько расположенных в окружном направлении сегментов.

В одном варианте выполнения изобретения вдоль продольного направления тела вибратора может быть также расположено несколько выступов.

В другом варианте выполнения выступы являются подвижными в продольном направлении тела вибратора.

Кроме того, выступ или отдельные сегменты выступа могут быть выполнены с возможностью складывания в направлении образующей поверхности тела вибратора или с возможностью утапливания в тело вибратора.

Вибраторная система может быть выполнена, в частности, в виде глубинного вибратора с расположенным в теле вибратора эксцентриком или же в виде насадочного вибратора с расположенным на верхнем конце тела вибратора эксцентриком.

За счет обеспечиваемой выступом механической поддержки транспортировки материала поток материала увеличивается в единицу времени больше чем на 50%, а необходимое количество промывочной воды сокращается, по меньшей мере, вдвое. При этом вместо воды можно применять также воздух или другой вдуваемый для «промывки» в кольцевое пространство газ. В некоторых почвах можно даже совсем отказаться от воды или газообразной промывочной среды.

Ниже приводится подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - пример выполнения вибраторной системы согласно изобретению с телом вибратора и выступом;

фиг.2 - другой пример выполнения вибраторной системы согласно изобретению с телом вибратора, в котором выступ расположен на нижнем конце тела вибратора;

фиг.3А-С - различные варианты выполнения выступов.

На фигурах, если не указано иначе, одинаковыми позициями обозначены одинаковые части с одинаковым значением.

На фиг.1 показан на виде сбоку один вариант выполнения вибраторной системы 1 согласно изобретению. Она содержит удлиненное тело 2 вибратора, которое имеет образующую поверхность 22 с периметром, а также нижний конец 21 и неизображенный верхний конец. Вдоль окружности образующей поверхности 22 расположен выступ 3, который отстоит в боковом, соответственно в радиальном направлении от тела 2 вибратора. Этот выступ 3 расширяется в направлении нижнего конца 21, т.е. выступ выступает все больше в направлении нижнего конца от образующей поверхности 22 тела 2 вибратора.

Как показано на фиг.1, выступ может проходить кольцеобразно вокруг периметра тела 2 вибратора. Тело 2 вибратора может быть выполнено, в частности, цилиндрическим и тем самым иметь круглое поперечное сечение. Однако тело 2 вибратора может иметь также любое другое поперечное сечение, в частности прямоугольное поперечное сечение.

Выступ 3 имеет, например, геометрическую форму пронизанного телом вибратора усеченного конуса или усеченной пирамиды.

В показанном примере обращенная в направлении нижнего конца тела вибратора нижняя сторона 32 выступа проходит примерно под прямым углом от тела 2 вибратора, в то время как верхняя сторона 31 выступа сужается с увеличением расстояния от нижнего конца 21 тела вибратора, так что выступ 3 в этом примере имеет форму пронизанного телом вибратора усеченного конуса.

Выступ 3 может быть расположен в любом продольном положении вдоль тела 2 вибратора. В показанном на фиг.1 примере этот выступ расположен на расстоянии от нижнего конца 21 тела 2 вибратора.

Показанный на фиг.2 пример выполнения отличается от показанного на фиг.1 примера выполнения тем, что выступ 3 расположен на нижнем конце 21 тела вибратора.

Вибраторная система может быть реализована в виде глубинного вибратора или в виде насадочного вибратора. В глубинном вибраторе в теле 2 вибратора расположен создающий вибрационные движения эксцентрик (не изображен). В насадочном вибраторе эксцентрик (не изображен) расположен над верхним концом тела 2 вибратора.

Ниже приводится пояснение примеров выполнения выступа на основе фиг.3.

В показанном на фиг.3А примере верхняя сторона 31 выступа 3 проходит конически под острым углом к продольному направлению удлиненного тела 2 вибратора, а нижняя сторона 32 - примерно под прямым углом относительно продольного направления. При этом выступ 3 выполнен в виде сплошного тела.

На фиг.3В показан вариант выполнения сегментированного выступа 3 с несколькими расположенными рядом друг с другом в окружном направлении сегментами 40, 41, 42, 43. Этот вариант выполнения обеспечивает возможность складывания выступа 3 к телу 2 вибратора или же утапливания выступа 3 в тело 2 вибратора.

Показанный на фиг.3С вариант выполнения выступа 3 отличается от показанного на фиг.3А варианта выполнения тем, что нижняя сторона 32 выступа также имеет коническое, сужающееся прохождение, за счет чего можно улучшить упомянутый эффект лопаты выступа 3.

При способе согласно изобретению изготовления колонны материала в почве 5 сначала выполняют имеющее форму колонны отверстие. Такое отверстие обычно имеет диаметр примерно 50-100 см. Применяемое тело 2 вибратора согласно изобретению обычно имеет наружный диаметр примерно 30-50 см.

После опускания вибратора 1 на заданную глубину вводят гравий, бетон повторного применения, песок или подобный зернистый материал в кольцевое пространство 4 между образующей поверхностью 22 тела 2 вибратора и окружающей почвой, а также при необходимости, промывочную воду или иную газообразную «промывочную среду», в частности воздух. Затем глубинный вибратор 1 регулярно перемещают вверх и вниз так, что находящийся под телом 2 вибратора материал сжимается в набивную колонну.

При этом при движении вниз тела вибратора находящийся в кольцевом пространстве 4 материал захватывается выступом 3 и транспортируется в направлении нижнего конца тела 2 вибратора. При этом разрушаются возможно имеющиеся заклинивания материала в кольцевом пространстве 4 между телом 2 вибратора и почвой 5. При движении вверх наклонное выполнение верхней стороны 31 выступа обеспечивает вытеснение материала в боковом направлении, а не транспортировку его снова вверх. При складываемом или утапливаемом выступе его можно складывать/утапливать при движении вверх.

Кроме того, существует также возможность подвижного расположения выступа в продольном направлении на теле вибратора для обеспечения транспортировки материала, соответственно уплотнения материала лишь за счет перемещения вверх и вниз выступа 3.

Перечень позиций:

1 - Глубинный вибратор

2 - Тело вибратора

21 - Нижний конец тела вибратора

22 - Верхний конец тела вибратора

3 - Выступ

31 - Верхняя сторона выступа

32 - Нижняя сторона выступа

4 - Кольцевое пространство

40 - Сегмент выступа

41 - Сегмент выступа

42 - Сегмент выступа

43 - Сегмент выступа

5 - Почва.

1. Вибраторная система (1) для изготовления колонн материала в почве, которая имеет
- удлиненное тело (2) вибратора с имеющей периметр образующей поверхностью и
- по меньшей мере, один проходящий, по меньшей мере, частично вокруг периметра тела (2) вибратора выступ (3), который выполнен в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды по типу лопаты с обеспечением продавливания вглубь находящегося в кольцевом пространстве под выступом материала при движении вниз тела вибратора.

2. Вибраторная система по п.1, в которой тело (2) вибратора имеет нижний конец и в которой окружность выступа увеличивается в направлении нижнего конца (21) тела вибратора.

3. Вибраторная система по п.1, в которой в продольном направлении тела (2) вибратора расположено несколько выступов (3).

4. Вибраторная система по п.1, в которой выступ (3) расположен на нижнем конце (21) тела (2) вибратора.

5. Вибраторная система по п.1, в которой выступ (3) выполнен подвижным в продольном направлении тела (2) вибратора.

6. Вибраторная система по п.1, в которой, по меньшей мере, один выступ (3) является, по меньшей мере, частично складываемым или утапливаемым в тело (2) вибратора.

7. Вибраторная система по п.1, в которой выступ (3) выполнен в окружном направлении из нескольких сегментов.

8. Вибраторная система по п.1, которая имеет глубинный вибратор или насадочный вибратор.

9. Способ изготовления колонн материала в почве, который содержит следующие стадии:
- подготовляют вибраторную систему по любому из пп.1-8,
- выполняют имеющую форму колонны отверстие,
- опускают вибраторную систему (1), которая имеет удлиненное тело (2) вибратора с имеющей периметр образующей поверхностью и по меньшей мере один проходящий, по меньшей мере, частично вокруг периметра тела (2) вибратора выступ (3), который имеет форму усеченного конуса или усеченной пирамиды по типу лопаты,
- вводят материал в кольцевое пространство (4) между выступом (3), проходящим вокруг тела (2) и окружающей выступ вибратора зоной почвы (5),
- регулярно опускают и поднимают тело (2) вибратора так, что находящийся под телом (2) материал транспортируется в направлении нижнего конца (21) тела (2) вибратора, и материал сжимается.

10. Способ по п.9, при котором кольцевое пространство (4) дополнительно заполняют жидкостью.

11. Способ по п.9 или 10, при котором в кольцевое пространство дополнительно вдувают воздух.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству и может быть применено при изготовлении железобетонных фундаментов зданий, домов и других инженерных сооружений с использованием его для изготовления буробетонных свай в грунте; для вибробурения скважин в грунте; для погружения и извлечения металлических труб, ограждающих котлованы строящихся домов, или для погружения свай-оболочек в грунт; для погружения призматических железобетонных свай в грунт и других свайных элементов.

Изобретение относится к вибросейсмической технике и используется в качестве генератора направленных колебаний в виброисточниках для промыслового сейсмоволнового воздействия на нефтегазовые месторождения с земной поверхности и в строительном производстве.

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к устройствам для погружения в грунт и извлечения из него свайных элементов, уплотнения грунтов, балласта, каменных постелей.

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к устройствам для погружения в грунт и извлечения из него свайных элементов, уплотнения грунтов, балласта, каменных постелей.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении бетонных несуще-ограждающих конструкций с наружной гидроизоляцией в грунте.

Изобретение относится к вибрационной технике интенсификации технологических процессов направленным инерционным вибровоздействием. .

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для погружения в грунт свай и других строительных элементов при сооружении свайных фундаментов.

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для возведения в грунте несуще-ограждающих конструкций жилых малоэтажных зданий, предпочтительно в песчаных, супесчаных и пластичных глинистых грунтах.

Изобретение относится к строительной технике, а именно к устройству, предназначенному для крепления к забиваемому объекту, погружаемому в грунт или извлекаемому из грунта путем создания вибрации

Изобретение относится к земляным инженерно-техническим работам, а именно к возведению коротких колонн из заполнителя, а также к контролю качества при их возведении. Устройство для измерения параметра колонны из заполнителя, образованной при трамбовании слоев заполнителя в процессе возведения колонны, содержит головку трамбователя, выполненную с возможностью вертикально направленного трамбования слоев заполнителя, вводимых в полость для возведения указанной колонны. Систему датчиков для регистрации в режиме реального времени любого отклонения слоя заполнителя, расположенного в верхней части колонны, возводимой в процессе трамбования, на основании отклонений головки трамбователя в процессе трамбования. Систему обработки данных, предназначенную для проведения вычислений на основании зарегистрированных отклонений с обеспечением получения графических выходных данных, представленных в виде кривой, и выполненную с возможностью отображения в графических данных момента достижения заданного параметра колонны, при этом трамбование может быть остановлено, и для продолжения возведения колонны может быть добавлен новый слой заполнителя, и так повторяется до тех пор, пока не завершится возведение колонны. Технический результат состоит в обеспечении контроля процесса строительства в режиме реального времени, повышении производительности, снижении материалоемкости. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области технологии производства свайных работ и может быть использовано для погружения в грунт полимерных шпунта и труб. Способ вибрационного погружения в грунт полимерных шпунта и труб включает изменение точки крепления вибромеханизма вдоль оси погружаемого элемента, позволяющее уменьшить потери энергии волн колебаний на преодоление сил внутреннего трения в материале шпунта и труб. Перестановку вибропогружателя осуществляют с шагом, величину которого определяют при расчете логарифмического декремента затухания колебаний в материале погружаемого пробного элемента, получаемого при анализе виброграмм свободных затухающих колебаний и вычисления по ним темпа уменьшения амплитуд вибраций на границе каждого шага перестановки вибропогружателя при падении скорости погружения элемента до значения 0,1 м/мин. Технический результат состоит в повышении производительности работ за счет снижения потерь энергии колебаний материала погружаемой шпунтины или трубы, эффективном управлении технологическим процессом во время производства работ. 2 ил.

Изобретение относится к строительному мультивибрационному оборудованию для погружения в грунт свай, свай-оболочек, шпунтов и их извлечения из него. Способ направленного инерционного вибровозбуждения включает получение результирующей асимметричной вертикально направленной вынуждающей силы F, составляющие Fi которой одновременно генерируют с помощью n элементарных вибровозбудителей направленного действия при кратном в виде натурального ряда чисел от 1 до n, отношении угловых скоростей ωi вращения валов i-x элементарных вибровозбудителей к угловой скорости ω1 вала первого элементарного вибровозбудителя и уменьшении размеров статических моментов miri масс mi дебалансов с эксцентриситетами ri при увеличении угловых скоростей ωi. Режим генерирования составляющих Fi вынуждающей силы F осуществляют по закону на базе зависимости в виде непрерывной симметричной или несимметричной функции f(x), разложение которой в ряд Фурье содержит гармоники, определяющие составляющие Fi вынуждающей силы F, содержащие начальную фазу и обеспечивающие необходимый задаваемый коэффициент kа ее асимметрии возбуждающей силы как отношение размеров максимальных модулей вдавливающей вынуждающей силы Fа к подъемной Fп при приемлемом количестве n элементарных вибровозбудителей. Технический результат состоит в обеспечении получать коэффициент силовой асимметрии значительных размеров при меньшем количестве элементарных вибровозбудителей за счет улучшения закона изменения результирующей вынуждающей силы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы. 3 ил.

Изобретение может быть использовано при погружении шпунта в слои плотных водоупорных грунтов. Технический результат заключается в обеспечении устойчивости и водонепроницаемости ограждений котлованов различного назначения. Согласно способу погружения шпунта с заглублением в плотный водоупорный грунт посредством вибротехнических средств погружение шпунта ведут последовательно в двухстадийном режиме: в пределах верхней толщи слабых грунтов шпунт погружают в режиме гармонических колебаний с частотой 1000-2500 колебаний в минуту и амплитудой 10-20 мм, а при достижении шпунтом слоя плотного водоупорного грунта режим работы вибротехнического средства переводят на низкочастотный виброударный режим с частотой не менее 420 колебаний в минуту при высоте подскока ударной массы 20-40 мм и выдерживают отношение этой массы вибротехнического средства к его вынуждающей силе равным 0,4. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении ограждающих водонепроницаемых ячеистых перемычек котлованов на акваториях при сооружении искусственных островов, причальных и ограждающих сооружений. Устанавливают тонкостенные стальные оболочки 2 в плотный водоупорный грунт 1 на дно акватории. Закрепляют на свободном торце оболочек 2 вибротехнические средства посредством соединительных элементов. Вибротехнические средства выполнены в виде свободных беспружинных вибромолотов 4. Соединительные элементы выполнены в виде вилочных направляющих 3. Заглубление тонкостенных стальных оболочек 2 производят в виброударном низкочастотном режиме с подскоком ударной массы. Свободные беспружинные вибромолоты 4 подвешивают через стержни 5 с пружинами 6 на жесткую траверсу-пригрузку 7 для дополнительной статической нагрузки на плотный водоупорный грунт 1 и устойчивого режима работы свободных беспружинных вибромолотов 4. Обеспечивается усталостное разрушение плотного водоупорного грунта и снижение сил лобового сопротивления грунта заглублению в него тонкостенных стальных оболочек. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к вибрационному погружателю, используемому для введения и извлечения формованных стальных принадлежностей, а именно шпунтовых свай, профилей и стальных труб. Технический результат - длительный срок службы вибропогружателя. Вибропогружатель содержит корпус, верхний и нижний комплекты дебалансов, передаточное устройство. Передаточное устройство состоит из передаточного корпуса, зубчатого поршня, ступенчатого вала. 23 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области машиностроения. Демпфирующее устройство (10) содержит первую секцию (20), содержащую опорный узел первой секции, выполненный с возможностью поддержания вибрационного оборудования (140). Вторая секция (30) содержит опорный узел второй секции, выполненный с возможностью подвешивания демпфирующего устройства. Один или более заполняемых текучей средой поглотителей (40) сообщаются с источником текучей среды. Вибрация вызывает смещение первой секции относительно второй секции. Система управления текучей средой функционально соединена с узлом смещения обратной связи, сообщается и управляет удалением текучей среды из одного или более поглотителей. Достигается повышение износостойкости, изменение демпфирующих свойств в зависимости от величины вибрации. 25 з.п. ф-лы, 22 ил.
Наверх