Способ электрогидравлической деформации ствола сваи
Владельцы патента RU 2470115:
Александров Петр Олегович (RU)
Воскобойников Андрей Анатольевич (RU)
Рутковский Александр Михайлович (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к средствам для сооружения свай большого диаметра и их обработки с целью формирования тела сваи или уплотнения окружающего грунта. Способ электрогидравлической деформации ствола сваи с помощью электрического разряда, создаваемого в электроразрядном промежутке, размещенном в стволе сваи. Электроразрядный промежуток располагают вблизи стенки ствола сваи в месте планируемой обработки ствола сваи. Электрический разряд в электроразрядном промежутке организуют принудительно в нужное время путем управляемой подачи на электроразрядный промежуток напряжения, превышающего напряжение его пробоя. Параметры электроразрядного промежутка выбирают из условия превышения давлением на стенку ствола сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи. Технический результат состоит в повышении эффективности электроразрядной обработки ствола сваи, упрощении конструкции, повышении производительности устройства. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области строительства, в частности к средствам для сооружения свай большого диаметра и их обработки с целью формирования тело сваи или уплотнения окружающего грунта.
Для оценки новизны и технического уровня изобретения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.
Известен способ создания ударных волн в скважине, включающий создание высоковольтных электрических разрядов между электродами в жидкости путем образования вблизи анода зон с высокой неоднородностью электрического поля при помощи сквозного отверстия перед первым разрядом на одном из концов, выполненной на диэлектрическом покрытии анода, спиралевидной канавки и надрыва диэлектрического покрытия анода вдоль спиралевидной канавки перед каждым последующим разрядом, и генерирование ими ударных волн, согласно которому восстанавливают электрическую изоляцию между электродами путем перекрытия трещины, образующейся на диэлектрическом покрытии анода от разрядов, диэлектрическим экраном, а между электродами поддерживают промежуток, обеспечивающий оптимальный режим энерговыделения, см. заявку РФ №97108853.
Известна разрядно-импульсная технология деформации ствола сваи, сущность которой заключается в том, что скважина, заполненная мелкозернистым бетоном или цементным раствором, обрабатывается серией высоковольтных электрических разрядов. При этом возникает электрогидравлический эффект, в результате которого формуется тело сваи или корня анкера, цементируется, уплотняется окружающий грунт. Первоначальный диаметр скважины 130…300 мм в результате обработки расчетной серией разрядов может быть увеличен в зависимости от энергии, подаваемой в скважину, и гидрогеологических условий площадки более чем в 2 раза. Окружающие грунты уплотняются, снижается пористость в зоне воздействия ударного импульса.
Недостатком разрядно-импульсной технологии является центральное размещение разрядного промежутка в свае, которая эффективна при диаметрах свай до 100 мм, при этом для увеличения несущей способности свай большего диаметра используется технология ЭХО (медленный взрыв), создающая низкочастотные колебания, близкие к собственным частотам колебаний фундаментов зданий.
Недостатком всех известных технологий является следующее:
- большая часть энергии разряда затрачивается на взаимный сдвиг частиц бетона в центральной части сваи;
- создаваемый фронт давления является пологим, что приводит к минимальной деформации стенки сваи;
- несущая способность сваи получается неоднородной.
Задачей изобретения является повышение эффективности электроразрядной обработки ствола сваи.
Сущность изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Способ электрогидравлической деформации ствола сваи с помощью электрического разряда, создаваемого в электроразрядном промежутке, размещенном в стволе сваи, характеризуется тем, что электроразрядный промежуток располагают вблизи стенки ствола сваи в месте планируемой обработки ствола сваи, при этом электрический разряд в электроразрядном промежутке организуют принудительно в нужное время путем управляемой подачи на электроразрядный промежуток напряжения, превышающего напряжение его пробоя, при этом параметры электроразрядного промежутка выбирают из условия превышения давлением на стенку ствола сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи.
Кроме того, изобретение характеризуется рядом факультативных признаков, а именно:
- в столе сваи размещают отражатель, который выполняют с формой, обеспечивающей отражение ударного фронта давления, возникающего при пробое электроразрядного промежутка, в сторону стенки ствола сваи в зоне планируемой ее обработки;
- расстояния между электроразрядным промежутком, стенкой ствола сваи в зоне планируемой ее обработки и отражателем выбирают из условия возникновения резонансного воздействия на стенку ствола скважины фронта давления, возникшего в результате пробоя электроразрядного промежутка, и фронта давления, отраженного от отражателя и достигшего стенки ствола сваи;
- в стволе сваи размещают по меньшей мере один дополнительный электроразрядный промежуток, при этом время электрического разряда в дополнительном электроразрядном промежутке выбирают исходя из условия достижения в месте установки дополнительного электроразрядного промежутка максимума волной давления от ранее произошедшего разряда в основном электроразрядном промежутке;
- выбирают напряжение и емкость зарядной цепи электроразрядного промежутка и его параметры, обеспечивающие величину времени элекгрогидравлического воздействия на стенку ствола сваи в результате разряда в электроразрядном промежутке, необходимую для возникновения в стволе сваи высокоскоростной быстрозатухающей волны давления.
Достигаемый при использовании изобретения технический результат заключается в том, что большая часть энергии управляемого элекроразряда тратится на необходимую деформация стенки ствола сваи в нужное время и в нужном специально выбираемом месте. Резонансное воздействие на стенку ствола скважины фронта давления, возникшего в результате пробоя электроразрядного промежутка, и фронта давления, отраженного от отражателя и достигшего стенки ствола сваи, повышают эффективность технологии. Дополнительные электроразрядные промежутки обеспечивают возможность формирования требуемого профиля ствола сваи. Выбор величины времени электрогидравлического воздействия на стенку ствола сваи в результате разряда в электроразрядном промежутке позволяет организовать в стволе сваи высокоскоростную быстрозатухающую волну давления, которая не приводит к заметным и тем более опасным воздействиям на связанные грунты, находящиеся на расстоянии более 1 м от зоны обработки ствола сваи.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 изображен разрез по стволу сваи, в которой размещены электроразрядный промежуток и отражатель, на фиг.2 - вариант размещения в стволе сваи нескольких, в частности трех электроразрядных промежутков, на фиг.3 - график выбора момента срабатывания электроразрядных промежутков, на фиг.4 - схема управляемой подачи напряжения на электроразрядный промежуток.
Электрогидравлическую деформацию ствола 1 сваи осуществляют с помощью управляемого электрического разряда, создаваемого в электроразрядном промежутке 2, размещенном в стволе 1. Электроразрядный промежуток 2 располагают в стволе сваи, например вблизи стенки ствола сваи в месте планируемой обработки ствола между стенкой ствола 1 сваи и отражателем 3. Параметры электроразрядного промежутка 2 выбирают из условия превышения давлением на ствол 1 сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка 2, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола 1 сваи. В стволе 1 сваи может быть размещают по меньшей мере один дополнительный электроразрядный промежуток 2. Расстояния между электроразрядным промежутком 2, стволом 1 сваи и отражателем 3 выбирают из условия возникновения резонансного воздействия на ствол 1 скважины фронта давления, возникшего в результате пробоя электроразрядного промежутка 2, и фронта давления, отраженного от отражателя 3 и достигшего ствола 1 сваи. Электрическая схема, реализующая подачу напряжения на электроразрядный промежуток 2, включает вакуумный или газовый разрядник 4 и накопительную емкость 5, подключенные к источнику питания.
Способ реализуют следующим образом.
Электрический разряд в электроразрядном промежутке 2 организуют принудительно в нужное время путем управляемой подачи на электроразрядный промежуток напряжения в результате накопления напряжения на накопительной емкости 5 и срабатывания разрядника 4. Это напряжение может значительно превышать напряжение пробоя электроразрядного промежутка 2. При превышении напряжения между электродами электроразрядного промежутка 2 напряжения пробоя происходит разряд, результатом которого является воздействие волной давления на стенку ствола 1 сваи, в результате чего происходит расширение ствола 1 сваи и упрочнение окружающего ее грунта. Параметры электроразрядного промежутка 2 выбирают из условия превышения давлением на ствол 1 сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка 2, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола 1 сваи. Электроразрядный промежуток 2 располагают между стенкой ствола 1 сваи и отражателем 3, выполненным с формой, обеспечивающей отражение ударного фронта давления в сторону стенки ствола 1 сваи в зоне планируемой ее обработки. Если в стволе 1 сваи размещают по меньшей мере один дополнительный электроразрядный промежуток 2, то время электрического разряда в дополнительном электроразрядном промежутке выбирают исходя из условия достижения в месте установки дополнительного электроразрядного промежутка максимума волной давления от ранее произошедшего разряда в основном электроразрядном промежутке, как показано на фиг.3 для случая установки трех электроразрядных промежутков.
Заявленный способ допускает размещение разрядного промежутка (или нескольких промежутков) как перпендикулярно, так и параллельно оси сваи либо под углом, на расстоянии от стенки сваи, обеспечивающем требуемую деформацию грунта. Отражатель 3 позволяет перенаправить часть волны, идущей к центру сваи, и создать резонанс с волной давления от электроразрядного промежутка, которая непосредственно воздействует на стенку ствола 1 сваи.
При размещении в стволе сваи двух и более электроразрядных промежутков 2 появляется возможность обрабатывать стенки скважин большого диаметра, формировать винт или кольца в слабых пластах. При этом при заявленном выборе времени срабатывания электроразрядных промежутков обеспечивается возможность формировать фронты нарастания давления и повысить эффективность обработки.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения. Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает упрощение конструкции и повышение производительности устройства.
1. Способ электрогидравлической деформации ствола сваи с помощью электрического разряда, создаваемого в электроразрядном промежутке, размещенном в стволе сваи, отличающийся тем, что электроразрядный промежуток располагают вблизи стенки ствола сваи в месте планируемой обработки ствола сваи, при этом электрический разряд в электроразрядном промежутке организуют принудительно в нужное время путем управляемой подачи на электроразрядный промежуток напряжения, превышающего напряжение его пробоя, при этом параметры электроразрядного промежутка выбирают из условия превышения давлением на стенку ствола сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в столе сваи размещают отражатель, который выполняют формой, обеспечивающей отражение ударного фронта давления, возникающего при пробое электроразрядного промежутка, в сторону стенки ствола сваи в зоне планируемой ее обработки.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расстояния между электроразрядным промежутком, стенкой ствола сваи в зоне планируемой ее обработки и отражателем выбирают из условия возникновения резонансного воздействия на стенку ствола скважины фронта давления, возникшего в результате пробоя электроразрядного промежутка, и фронта давления, отраженного от отражателя и достигшего стенки ствола сваи.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в стволе сваи размещают по меньшей мере один дополнительный электроразрядный промежуток, при этом время электрического разряда в дополнительном электроразрядном промежутке выбирают исходя из условия достижения в месте установки дополнительного электроразрядного промежутка максимума волной давления от ранее произошедшего разряда в основном электроразрядном промежутке.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбирают напряжение и емкость зарядной цепи электроразрядного промежутка и его параметры, обеспечивающие величину времени электрогидравлического воздействия на стенку ствола сваи в результате разряда в электроразрядном промежутке, необходимую для возникновения в стволе сваи высокоскоростной быстрозатухающей волны давления.
