Свая

Изобретение полезной модели относится к области строительства, а именно к конструкциям свай. Оно может быть использовано при закреплении строительных конструкций в грунте, с использованием свай, формирующих тело сваи в грунте в процессе бурения его сваей.

Задача изобретения - упрощение конструкции, удешевление изготовления сборки, повышение адгезионной прочности сваи с грунтом.

Полезная модель «свая», включающая составленную из фрагментов полую металлическую трубу и соединения фрагментов труб, внешняя боковая поверхность концов фрагментов и внутренняя поверхность соединительного элемента имеющие резьбу, имеющая породоразрушающий инструмент, содержащий основу, режущие детали и сквозные осевое и радиальные отверстия в основе инструмента, полая труба составленная из фрагментов труб соединена с породоразрушающим инструментом резьбой, имеющая полый центратор с втулкой-каркасом, размещенной на поверхности полой металлической трубы с возможностью осевого перемещения вдоль трубы, отличающаяся тем, что составленная из фрагментов полая металлическая труба имеет внешнюю поверхность фрагментов переменного сечения: рабочая часть, то есть контактирующая с внешней средой поверхность, выполнена гладкой или шероховатой, а концевая часть поверхности в месте закрепления его в соединительном элементе выполнена конической и суженой с краю фрагмента трубы, фрагменты трубы соединены муфтой, внутренняя поверхность которой выполнена 2^x - конической, расширенной частью к центру муфты, породоразрушающий инструмент имеет сквозные отверстия с форсунками в них, выходящие под углом на нижнюю торцевую поверхность основы между режущими элементами (деталями), как и радиальные отверстия с форсунками в них - на боковую поверхность основы, породоразрушающий инструмент соединен непосредственно с полой металлической трубой резьбой по коническим поверхностям, в центраторе на поверхности втулке-каркасе имеется набор полых полусфер С-образной формы, берущих свое начало из верхней части втулки-каркаса и зафиксированных на нижней внешней поверхности ее концов полусфер, а центратор в виде муфты, имеет 2 ^х-коническую внутреннюю поверхность, на которой закреплена полая втулка ребрами жесткости, размещенными между ними вдоль оси полой металлической трубы.

Заявляемое изобретение просто в исполнении, сборке и эксплуатации, оно значительно дешевле импортных, проще конструктивно и при возведении сваи в грунт.

1 с.п. формы, илл.8.

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям свай. Оно может быть использовано как полезная модель при закреплении строительных конструкций в грунте, используя бурильные сваи, которые закрепляются в грунте непосредственно в процессе бурения сваей грунта.

Известно устройство (а.с.№447481 МКИ Е02Д 5/54 от 03.08.72 г.), [1], относящиеся к винтовым сваям, содержащим полый ствол с винтовыми лопастями, полый ствол выполнен составным из концентрически расположенных оболочек, каждая из которых снабжена на нижнем конце винтовой лопастью и установлена с возможностью автономного вращения вокруг вертикальной оси и продольного перемещения относительно другой лопасти, а с целью фиксации оболочек, их верхние концы снабжены направляющими упорами.

Недостатками известного устройства являются недостаточная несущая способность сваи из-за слабой адгезии с грунтом (преимущественно со слабым грунтом), отсутствие гарантии от незапланированного воздействия на сваю выдергивающих расшатывающих (изгибающих) нагрузок или вращательных действий в направлении обратном первоначальному (при завинчивании сваи в грунт). Усилия завинчивания свай в грунт большие, не смотря на расширяющий эффект от действия лопастей, так как тело сваи формируется полым стволом с раствором внутри него.

Известно устройство (а.с.№746038, МКИ Е02Д 5/54 от 13.02.78 г.) [2]. Устройство содержит ствол с нишей и размещенными в ней выдвижными элементами, и приспособление для выдвижения этих элементов. Ниша расположена по винтовой линии, выдвижной элемент выполнен трубчатым овального поперечного сечения из эластичного материала, а приспособление для выдвижения выполнено в виде расширителя и фиксатора, расположенных внутри трубчатого элемента. Расширитель может быть выполнен в виде пластичного многокомпонентного раствора, а фиксатор - в виде V-образной трубки с наружной химически активной оболочкой и внутренней перфорированной инертной оболочкой, заполненной жидким реактивом.

Недостатки известного устройства: свая является «пассивным» устройством при погружении в грунт, так как конструкция не имеет породоразрушающего инструмента и погружается в предварительно приготовленный ствол скважины путем установки металлического трубчатого ствола на подготовленную основу грунта (на забой). Поэтому требуется большое количество предварительных усилий и времени для установки сваи. Свая представляет собой металлоемкое устройство, так как на стволе и в стволе должны размещаться элементы из разных материалов и реактивов, которые функционируют после установки сваи в подготовленном стволе скважины, а после порообразования и увеличения объема расширителя свая упирается в стенки ствола, при этом не гарантируя достаточной прочности сцепления с грунтом и соответственно в дальнейшем высокой несущей способности устройства.

Известно устройство (пат.2281997, МКИ Е02Д 5/38 от 29.11.2004 г.) [3] - буроинъекционная свая, содержащая бетонный ствол, изготовленный непосредственно в скважине, содержащий арматурный каркас в виде металлической трубы-инъектора, которая погружена в скважину с зазором до проектного отказа и снабжена перфорированным участком с боковыми инъекционными отверстиями, расположенными ярусами от нижнего конца трубы-инъектора. При этом диаметр скважины составляет не более 3d, где d - наружный диаметр трубы-инъектора. Длина перфорированного участка составляет более 3d и составляет (0,2-0,7)h, где h - глубина скважины.

Но такую сваю непосредственно закрепить в грунт невозможно, так как необходимо предварительно пробурить и выбирать грунт на поверхность, затем приготовить ствол скважины путем бетонирования его стенок, затем вставить трубу-инъектор в ствол скважины, удерживая его дополнительными средствами в центре ствола и подать раствор (цементный или песчано-цементный клей) через все отверстия сразу в боковой поверхности трубы-инъектора в зазор между забетонированными стенками ствола скважины и трубой-инъектором. Таким образом закрепление сваи в грунте дорого, непроизводительно и не гарантирует прочную связь между элементами сваи (бетонированная стенка - раствор отвержденный в зазоре - труба - инъектор). А так как закрепляющий раствор выпускается одновременно из всех отверстий в скважину и его распределение по всему объему сопровождается образованием смеси закрепляющего раствора с воздушной средой, то в результате образуется пористый закрепитель сваи.

А это приводит к снижению прочности закрепления сваи в грунте, способствует появлению трещин и снижает несущую способность изделия.

В качестве прототипа выбрано устройство близкое по положительному эффекту, техническим данным к заявляемому устройству полезной модели (пат. Германии №3828335, МПК Е2/Д20/02 от 20.08.88 г.) [4]. Инжекторный анкер содержит полую металлическую трубу, на боковой поверхности которой по всей ее длине выполнен винтовой ход (резьба), называемый веретеном. По центру и по всей длине анкера-сваи выполнена полость - продувочный канал для подачи закрепляющего раствора из него в грунт. К переднему краю (к торцу) полой металлической трубы присоединена буровая коронка, то есть породоразрушающий инструмент, состоящий из режущей основы и трех радиально к нему прикрепленных и расположенных под одинаковым друг к другу углом режущих деталей. Имеется пустотелая деталь, образованная как патрубок, защищающий стенку скважины от обвала и размывания. Режущая основа породоразрушающего инструмента посредством оцинкованного зажимного устройства, которое имеет внутреннюю резьбу, навинчивается на часть винтового хода, находящегося на конце полой металлической трубы. Зажимное устройство на переднем крае закрывается образующей острие бурава и головкой режущей основы. На обращенной к зажимному устройству стороне режущей основы выполнено кольцевое пространство - полость, из которой отходят три радиально расположенных промывочных отверстия. Породоразрушающий инструмент имеет кроме торцевых боковые элементы, как продолжение инструмента. Кроме радиальных промывочных отверстий имеются радиальные каналы, идущие из кольцевого пространства - полости, пересекающие режущую основу, продолженные в режущих деталях и заканчивающиеся у боковой скважины, выступая за патрубок под ним. Патрубок сваркой связан с боковыми деталями в породоразрушающем инструменте, служащим как дистантные детали. Диаметр патрубка равен диаметру буровой головки. Полая труба-инъектор составная. Она состоит из отдельных фрагментов, которые торцами соединены встык через муфту с внешней и внутренней цилиндрическими поверхностями, изготовленную из износостойкого синтетического материала. Под муфтой с цилиндрической внутренней поверхностью размещена на резьбе трубы с возможностью свободного перемещения промежуточная деталь, состоящая из внутренней крепежной части в виде втулки и наружной кольцевой детали, соединенных между собой радиальными под одним и тем же углом друг к другу поперечинами. Наружный диаметр крепежной втулки соответствует наружному диаметру

соединительной муфты, а наружный диаметр кольцевой части промежуточной детали равен диаметру пустотелой детали-патрубка.

Устройство многоэлементно, сложно в исполнении и требует многооперационных работ по изготовлению частей его. Так, для получения трубы с винтовым ходом (винтовой нарезкой) поверхности, требуется специальный способ формирования его, поэтому описан отдельно [3] - в патенте Германии №3400182, МПК Е02Д 5/54 от 04.01.84 г., с более ранним приоритетом, чем патент-прототип. Соединение частей трубы-инъектора выполнено встык и резьбой по цилиндрической поверхности, что не гарантирует прочность соединения, требуется применение уплотнителей, такая резьба не обеспечивает полного контакта соединяемых поверхностей по всей ее резьбовой длине. Центратор, он же промежуточная деталь под муфтой в процессе бурения создает дополнительные усилия сопротивления продвижению в грунт породоразрушающему инструменту, а в случае каменистых пород или хотя бы слоя такой породы в грунте, может застопорить продвижение или замедлить вращение устройства. Полая деталь-патрубок с зажимным устройсвом создают в процессе бурения сложный лабиринт для заполнения закрепляющим раствором зазора между стенкой ствола скважины и трубой-инъектором. Лабиринт замедляет скорость заполнения раствором полого патрубка по сравнению со скоростью заполнения зазора, снижая эффект пропитки ствола скважины закрепляющим сваю раствором. Это соответственно скажется на снижении эксплуатационных свойств устройства, снизив его несущую способность. Режущие детали породоразрушающего инструмента имеют полости - дополнительные каналы для выходящего цементного раствора из полой трубы-инъектора в скважину. Выполнение отверстий в виде каналов в режущих деталях удорожает технологию их изготовления и приводит к их ослаблению, так как в процессе бурения режущие кромки истираются быстрее под действием абразивного раствора, выходящего из каналов и приводит к расширению стенок каналов, ослаблению режущей способности породоразрушающего инструмента. Выполнение и отверстий и каналов в радиальном направлении предполагает продвижение закрепляющего сваю раствора в основном по поверхности стенки грунта, образовывающегося ствола скважины, что приводит к уменьшению толщины зоны укрепления грунта вокруг сваи и ослаблению адгезионной прочности образующегося «тела» сваи.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции, удешевление изготовления и сборки, повышение адгезионной прочности заявляемой буровой сваи с грунтом.

Предлагаемая полезная модель промышленно выполнима. Имеются опытные образцы, проверенные в эксплуатационных условиях и удовлетворяющие эксплуатационным требованиям, задача решена за счет того, что свая, включающая составленную из фрагментов полую металлическую трубу и соединительный элемент для соединения фрагментов труб, внешнюю боковую поверхность концов фрагментов и внутреннюю поверхность соединительного элемента, имеющих резьбу, имеющая породоразрушающий инструмент, содержащий основу, режущие детали и сквозные отверстия в основе в осевом и радиальном направлении, полая металлическая труба соединенная с породоразрушающим инструментом, имеющая центратор, размещенный на поверхности полой металлической трубы с возможностью осевого перемещения вдоль трубы, согласно изобретению полая металлическая труба имеет внешнюю поверхность фрагментов переменного сечения: рабочая часть поверхности, то есть поверхность контактирующая с внешней средой, выполнена гладкой или шероховатой, а концевая часть поверхности в месте закрепления его в соединительном элементе выполнена конической, суженой к краю фрагмента трубы, фрагменты трубы соединены муфтой, внутренняя поверхность которой выполнена 2^x-кoничecкoй, расширенной частью к центру муфты, породоразрушающий инструмент имеет сквозные отверстия с форсунками в них, выходящие под углом на нижнюю, торцевую, поверхность основы между режущими элементами или деталями и сквозные радиальные отверстия, с форсунками в них, выходящие на боковую поверхность между режущими элементами. Внутренняя поверхность основы породоразрушающего инструмента и внешняя часть поверхности попой металлической трубы в месте их соединения резьбой выполнены коническими, породоразрушающий инструмент соединен непосредственно с полой металлической трубой резьбой по коническим поверхностям, в центраторе на поверхности втулкикаркасе имеется набор полых полусфер С-образной формы, берущих свое начало из верхней части втулки-каркаса и зафиксированных на нижней внешней поверхности концов полусфер или в виде муфты, имеющей 2^x - коническую внутреннюю поверхность, на которой закреплена полая втулка с ребрами жесткости, размещенными между ними вдоль оси полой металлической трубы.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что устройство заявляемое отличается использованием вместо полых металлических труб с резьбовой нарезкой (винтовым ходом) полых металлических труб с гладкой или шероховатой поверхностью; полая металлическая труба имеет внешнюю поверхность переменного сечения; в месте соединения частей фрагментов труб поверхность имеет коническое сечение, как и внутренняя поверхность муфты, соединяющая эти фрагменты; породоразрушающий элемент имеет резьбовое конусное соединение непосредственно с полой металлической трубой; отверстия выполненные радиально и под углом к торцевой поверхности основы породоразрушающего инструмента снабжены форсунками и размещены в ней между режущими элементами или деталями; центраторы выполнены в виде сферического металлического каркаса с набором полусфер на нем или в виде муфты соединения концов фрагментов полой металлической трубы, на поверхности которой дополнительно закреплена ребрами жесткости полая втулка. В отличии от прототипа полая металлическая труба в заявляемом изобретении составленая из фрагментов полых труб, имеющих гладкую или шероховатую поверхность с конической концевой частью поверхности в месте соединения их муфтой. Такие фрагменты труб с муфтой производят и широко используются, но по-другому назначению. Это НКТ - насосно-компрессорные трубы. В заявляемом изобретении они использованы, в результате длительного поиска замены импортных труб с винтовым ходом на их поверхности, из-за сложности воспроизведения специального рельефа в виде этой винтовой резьбы и дороговизны их приобретения. В заявляемом изобретении использование НКТ было реализовано в результате неожиданно полученного высокого эффекта несущей способности при использовании разрабатываемой и заявляемой в изобретении буровой сваи. Таким образом, в принципе при подборе других труб, как и НКТ, удовлетворяющих по уровню прочности и деформируемости несущей способности заявляемой сваи, имеющих заявляемое переменное сечение внешней поверхности, появляется возможность значительно упростить ранее известные конструкции и соответственно удешевить их использование в отечественном исполнении. В заявляемом изобретении с использованием готовых, как НКТ фрагментов полых металлических труб, значительно упростилась связь породоразрушающего инструмента с полой металлической трубой, так как фрагменты труб имеют с двух сторон концевые внешние части - конические поверхности, что приводит к усилению резьбового соединения по сравнению с «цилиндрическим» и не требует специальных зажимных устройств и сварки для закрепления (как в прототипе). Экспериментально доказано, что гладкая или шероховатая рабочая поверхность полой металлической трубы, контактируя

непрерывно с закрепляющим раствором в процессе бурения, за счет консистенции этого раствора, его абразивных качеств, не нуждается в резьбовой нарезке, что явилось важным для использования известного изделия - НКТ в новом качестве. Исполнение конусного резьбового соединения муфтой и с основой породоразрушающего инструмента не ослабляет суженую часть трубы и не приводит к нежелательному, незапланированному изгибу, кручению, вывинчиванию в процессе бурения грунта частей заявляемой конструкции, так как такая резьба не требует уплотнителей, работает она по всей длине поверхности резьбы, а муфта, выполненная 2^x - конуснои и утолщенная часть основы породоразрушающего инструмента значительно уменьшают напряжения в этой части трубы.

В отличии от прототипа, где породоразрушающий инструмент имеет между режущими деталями (элементами) радиально выполненные сквозные отверстия и каналы в твердосплавных пластинах и тоже в радиальном направлении, в заявляемой полезной модели из осевого центрального отверстия выходят отверстия под углом к нему в направлении торца основы породоразрушающего инструмента, что позволяет более оперативно смачивать выходящим из них раствором начальную зону бурения, значительно уменьшая усилия резания грунта с первого же момента контактирования их, но с опережением начала разрыхления грунта режущей частью. Поскольку закрепляющий грунт раствор обладает абразивными свойствами, то в процессе врезки в грунт острых режущих деталей (элементов) осуществляется режуще-истирающее действие на грунт. В заявляемом устройстве в породоразрушающем инструменте в радиальном направлении выполнены сквозные отверстия в боковой части основы, в которых могут быть вставлены различные форсунки, в зависимости от свойств грунта, заданной скорости подачи раствора к боковой поверхности - стенке грунта и т.д. В прототипе радиальные каналы не меняют сечение по длине сваей и следовательно не могут осуществлять заданный высокий уровень или меняющийся уровень давления на выходе раствора, при заполнении зазора между грунтом и устройством в пробуриваемой части скважины. В заявленном устройстве породоразрушающий инструмент имеет радиальные отверстия, выполненные между режущими деталями (элементами), что способствует усилению режуще способности инструмента и лучшему перемешиванию выходящего из отверстий раствора, значительно уменьшает порообразование в растворе в этот период, так как более интенсивно охлопываются газовые пузырьки, образующиеся при захвате воздуха поднимающимся по стволу скважины и пропитывающим стенки закрепляющим раствором и в результате реакции между контактирующимися средами (раствор

закрепляющий - грунт). По сравнению с прототипом, где в качестве центратора используют и патрубок, размещаемый в нижней части устройства на породоразрушающем инструменте и полый упор цилиндрической формы под соединительным элементом муфтой, в заявляемой полезной модели, имеющийся центратор размещен, как и в прототипе, на поверхности металлической трубы с возможностью осевого перемещения вдоль нее, но в отличие от прототипа он выполнен на поверхности в виде втулки-каркаса с набором полых полусфер С-образной формы, берущих свое начало из верхней части втулки-каркаса с зафиксированными на нижней внешней поверхности ее концами, или выполнен в виде муфты, имеющей 2^x-кoничecкyю внутреннюю поверхность на которой закреплена полая втулка с ребрами жесткости, размещенными между ними вдоль оси полой металлической трубы. Центратор с набором полусфер на втулке-каркасе при его свободном перемещении вдоль трубы в процессе бурения, благодаря своей форме, упрощает конструкцию устройства и улучшает защитные и центрирующие функции. Набор из полусфер способен центрировать полую трубу и породоразрушающий инструмент не только при формировании прямого ствола скважины, но и более точно корректировать направление устройства в криволинейных стволах скважины. Сферическая форма делает центратор обтекаемьм элементом при встрече с крупными частицами грунта. В связи с тем, что центратор осуществляет точечный контакт со стенками грунта, он является элементом устройства, не создающим сопротивление процессу бурения сваей любого грунта, облегчает пропитку закрепляющим раствором грунта и прохождение его в зазор между устройством и грунтом. В случае бурения слабого грунта он не мешает пропитке и отверждению раствора и способствует уплотнению закрепленной раствором стенки. В случае каменистого грунта и попадания породы в зазор в виде крупных кусков, куски, скользя в смазке закрепляющего скважину и грунт раствора, проскальзывают по поверхности полой сферы, не создавая препятствие бурению сваей грунта. При прямом вертикальном стволе скважины преимущество за центратором в виде муфты-центратора, способного кроме центрирующей функции осуществлять и калибрующие действия. Причем он не требует больших затрат на его выполнение, так как внешняя поверхность предлагаемой муфты в узле закрепления труб дополнена втулкой с ребрами. При криволинейном стволе скважины или под углом к вертикали - преимущество за центратором из набора полых полусфер на втулке-каркасе.

Сравнение заявляемой полезной модели с другими техническими решениями того же назначения показывает, что известны устройства, содержащие полые трубы [6-10], с породоразрушающим инструментом [6-7] и без породоразрушающего инструмента,

используемые в качестве свай. Однако при введении их в указанной связи элементов и конструктивном исполнении в заявляемое устройство - сваю самоустанавливающуюся и закрепляющуюся в процессе бурения грунта, известные технические решения не позволяют решить поставленную задачу. Это позволяет сделать вывод, что заявляемая полезная модель имеет «изобретательский уровень», является техническим решением. Оно промышленно применимо, так как кроме завершения конструкторской проработки устройства, оно прошло проверку в реальных эксплуатационных условиях на новых площадках, строящихся жилых и производственных помещений и показало, что оно удовлетворяет всем техническим условиям эксплуатации изделия. Устройство предполагается внедрить в г.Чусовом Пермского края, Москве, Тюмени, Ижевске и других городах РФ.

На фиг.1 показан схематично общий вид устройства, в разрезе.

На фиг.2 показан узел соединения муфтой фрагментов полых труб, в разрезе.

На фиг.3 показан схематично породоразрушающий инструмент, в разрезе.

На фиг.4 сечение А-А на фиг.1.

На фиг.5 показан центратор в виде полусфер на втулке-каркасе, в разрезе.

На фиг.6 показан схематично центратор-муфта, в разрезе.

На фиг.7 показано устройство в момент бурения сваей грунта с использованием в качестве центратора набора полусфер, в разрезе.

На фиг.8 показано устройство в момент бурения сваей грунта с использованием в качестве центратора муфты, в разрезе.

Устройство, заявляемое как полезная модель, (фиг.1) содержит трубу 1, составленную из фрагментов 1', 1", в которых имеется полость 2, выполненная сквозной. Рабочая поверхность, составленной из фрагментов трубы, то есть поверхность контактная с внешней средой, гладкая или шероховатая, цилиндрической формы, а в месте закрепления соединительным элементом - коническая 3 с резьбой. Фрагменты 1' и 1" трубы 1 соединены муфтой 4, внутренняя поверхность которой выполнена 2^x-кoничecкoй 5, с резьбой (фиг.2). под полой металлической трубой 1 закреплен резьбой съемный породоразрушающий инструмент (фиг.3), содержащий основу 6 и режущие элементы. В основе 6 выполнен осевой канал 7, от которого между режущими элементами 8 отходят сквозные отверстия с форсунками в них 9 под углом к нижней торцевой поверхности и в радиальном направлении, выходя на боковую поверхность основы 6 (фиг.4). На рабочих поверхностях 1' и 1" с возможностью перемещения вдоль оси трубы 1

размещен центратор, содержащий втулку 11 и набор полусфер 12 с полостью 13 на поверхности втулки-каркасе (фиг.5), образующих собой вокруг трубы сфероид. Центратор выполнен из пружинящей стали, полусфера имеет С-образную форму, берущую начало из верхней части втулки-каркаса и зафиксирована на нижней части внешней поверхности ее. Для муфты в качестве центратора (фиг.6) используют предлагаемую муфту узла соединения фрагментов полых металлических труб 1 и 1, на которую закрепляют дополнительно полую втулку 14 ребрами 15 жесткости, выполненными в направлении вдоль оси полой металлической трубы.

Устройство заявляемое как полезная модель работает следующим образом.

Для возведения нового фундамента с использованием предлагаемой сваи, а точнее буроинъекционной сваи, на поверхности компонуют устройство. Берут трубы, например насосно-компрессорные, заданного типа по прочности и деформируемости для обеспечения требуемого уровня несущей способности. Трубы насосно-компрессорные оптимально подходят для изготовления заявляемого устройства, так как обеспечивают заданный уровень несущей способности, несмотря на отсутствие винтового хода, то есть специальной резьбы, как в прототипе, за счет суммарного воздействия на грунт компонентов (элементов) устройства. Устройство полезной модели, устанавливают вертикально в заданном участке возведения свай в буровом станке и при оптимальной скорости вращения породоразрушающий инструмент 6 начинает бурение грунта. При этом действия режущих деталей 8 сопровождается выходом закрепляющего цементного раствора 17 под давлением (близким к 0.5-1.5 МПа), при подаче инструмента в грунт со скоростью (˜0.3-0.5 м/мин) и вращении его в пределах 45-50 об/мин, (то есть инъекцией) через полую 2 металлическую трубу 1 и выпускные форсунки 9 и 10 породоразрушающего инструмента. Закрепляющий раствор в зависимости от свойств и типа грунта, за счет подачи его из выпускных форсунок 9, перед режущими деталями (элементами) 8 образует в грунте диффузионную зону его внедрения, а затем закрепляется в порах и капиллярах частиц грунта. Из выпускных форсунок 10 закрепляющий раствор поступает на боковую поверхность ствола скважины и смачивая его проходит в зазор 16 между стенкой ствола и поверхностью вращающейся полой металлической трубы, одновременно проникая внутрь грунта, в дальнейшем формируя в результате отверждения цемента «тело» сваи, содержащее уже и зону закрепленного грунта. Образующийся зазор 16 имеет толщину, зависящую от диаметра породоразрушающего инструмента (6, 8). Закрепляющий раствор, окончательно формируя «тело» сваи 1, 17, 18 в процессе, по мере внедрения породоразрушающего инструмента в грунт, является и направляющим

инструментом совместно с центратором, так как давление, создаваемое в форсунках 9 и 10 на выходе, обеспечивает в закрепляющем растворе по всей окружности образующегося ствола скважины давление, которое и оказывает дополнительно центрирующее действие на устройство в целом (фиг.7), (фиг.8). Центраторы в процессе бурения перемещаются пружиняще вверх центрируя устройство вдоль ствола скважин, не оказывая больших сопротивлений перемещению, как закрепляющему раствору, так и устройству вглубь скважины. Это положительно сказывается на увеличении производительности в процессе возведения сваи. Действие центраторов усиливает адгезионную связь с устройством закрепляющего раствора. Муфта узла соединения заявляемой формы с 2^x-кoничecкoй поверхностью, соответственно коническим поверхностям концевой части соединенных фрагментов полых металлических труб, обеспечивает соединение не требующее уплотнителей, а резьба, работающая эффективно по всей длине равномерно гарантирует исключение незапланированного вывинчивания, работу на изгиб или кручение полой металлической трубы при бурении. Таким образом, при простоте конструкции, удешевлении изготовления изделия и что очень важно возможности отечественного производства заявляемого изделия, эксплуатационная характеристика его находится на высоком уровне. Свая забуривается в грунт на заданную глубину. Производя динамическую опрессовку заделки сразу после окончания забуривания, сопровождая ее вращением колонны буровых несущих штанг. Густой цементный раствор полностью вытесняет промывочную жидкость. Нагнетание ведут до тех пор, пока густой раствор не начнет вытекать из устья скважины. Формирование заделки сваи в скважине заканчивается повышением давления с целью повышения качества уплотнения затвердевающего раствора. Такая работа устройства полезной модели по заделке его в грунт усиливает несущую способность. Поскольку «тело» сваи это еще и цементное тело в зазоре и самом грунте, то нагрузка на заявленную сваю значительно снижается.

Для изготовления устройства полезной модели используют, например, НКТ - насосно-компрессорные составные полые трубы (ГОСТ 633-80). Фрагменты труб выполнены из труб группы прочности А или Б, имеющих временное сопротивление не менее 500-600 кг/мм ². Муфты на концы фрагментов труб закрепляются на концевых конических поверхностях фрагментов полых металлических труб муфтонаверточным станком. Внутренняя поверхность этих труб уже покрыта защитным антикоррозионным покрытием. При необходимости поверхность полых металлических труб предварительно шероховатят (ошкуривают) или на нее наносят цементный раствор (цементный клей), который после отверждения служит переходным слоем, границей неярковыраженного

раздела между поверхностью металла трубы и цементным раствором. При свинчивании фрагментов труб с муфтами нет необходимости использовать уплотнители. В качестве породоразрушающего инструмента используют лопастные или перьевые долота с основой изгстали 45 или 45Х, а режущие детали в торцевой части - твердосплавные пластины, тип которых зависит от свойств грунта. Закрепляющий раствор - это может быть цементный клей, то есть цементный раствор с В/Ц=0,4. центратор 11, 12, из набора полусфер на втулке-каркасе выполнен из листовой пружинящей стали 65 Г, с толщиной, обеспечивающей сохранность сфероидальной формы в процессе бурения.

Заявляемая полезная модель имеет преимущества. По сравнению с прототипом устройство значительно проще в изготовлении; процесс установки сваи в грунт более производителен; после закрепления сваи в грунте, за счет того, что грунт упрочнен вокруг сваи не только за счет заполнения зазора между стенкой грунта и сваей, но и за счет образования более широкой зоны закрепления грунта вокруг заявляемого устройства увеличивая тело сваи, и тем самым обеспечивая более высокая несущая способность устройства; снижается напряжение в зоне размещения центратора за счет оптимизации формообразования его, уменьшая сопротивляемость устройства процессу бурения. По сравнению с известными устройствами и прототипом использование сплошной с гладкой или шероховатой поверхностью полой трубы, с заданным типом прочности, упростилось за счет неожиданного решения использовать НКТ готовые составные трубы, применяемые ранее по другому назначению. Такое решение оказалось и оптимальным, так как результаты превзошли ожидания, решив поставленную задачу на более высоком уровне при совместном участии всей компоновки устройства в процессе бурения сваей грунта и закрепления сваи в нем. Заявляемое устройство успешно заменяет импортные буровые сваи, удешевляя их изготовление в 3 раза за счет того, что полые металлические трубы - НКТ изготовляют в большом объеме в связи с развитой в отечестве инфраструктурой изготовления буровой техники. НКТ таким образом, благодаря заявляемому изобретению, получает новое направление использования.

Источники информации

1. а.с.№447481, МКИ Е02Д 5/54, от 03.08.72 г.(аналог)

2. а.с.№746038, МКИ Е02Д 5/54, от 13.02.78 г.(аналог)

3. пат.2281997, МКИ Е02Д 5/38, от 29.11.2004 г.(аналог)

4. пат. Германии №3828335, МПК Е21Д 20/02, от 20.08.88 г. (прототип)

5. пат. Германии №3400182, МПК Е02Д 5/54, от 04.01.84 г.

6. Ж. «Метро и тоннели», №2, 2004 г.

7. а.с.№555201, МПК Е02Д 5/54, от 25.07.73 г.

8. а.с.№732446, МПК Е02Д 5/54, от 14.11.77 г.

9. пат.№2103443, МПК Е02Д 5/36, от 08.11.99 г.

10. пат.№2188904, МПК Е02Д 5/62, от 14.02.01 г.

Свая, включающая составленную из фрагментов полую металлическую трубу и соединение фрагментов труб, внешнюю боковую поверхность концов фрагментов и внутреннюю поверхность соединительного элемента, имеющие резьбу, имеющая породоразрушающий инструмент, содержащий основу, режущие детали и сквозные осевой и радиальные отверстия в основе инструмента, полая труба, составленная из фрагментов труб, соединена с породоразрушающим инструментом резьбой, имеющая полый центратор с втулкой-каркасом, размещенной на поверхности полой металлической трубы с возможностью осевого перемещения вдоль трубы, отличающаяся тем, что составленная из фрагментов полая металлическая труба имеет внешнюю поверхность фрагментов переменного сечения: рабочая часть, т.е. контактирующая с внешней средой поверхность, выполнена гладкой или шероховатой, а концевая часть поверхности в месте закрепления его в соединительном элементе выполнена конической и суженой с края фрагмента трубы, фрагменты трубы соединены муфтой, внутренняя поверхность которой выполнена 2- конической, расширенной частью к центру муфты, породоразрушающий инструмент имеет сквозные отверстия с форсунками в них, выходящие под углом на нижнюю торцевую поверхность основы между режущими элементами (деталями), как и радиальные отверстия с форсунками в них - на боковую поверхность основы, породоразрушающий инструмент соединен непосредственно с полой металлической трубой резьбой по коническим поверхностям, в центраторе на поверхности втулке-каркасе имеется набор полых полусфер С-образной формы, берущих свое начало из верхней части втулки-каркаса и зафиксированных на нижней внешней поверхности ее концов полусфер, центратор в виде муфты, имеющей 2-коническую внутреннюю поверхность, на которой закреплена полая втулка с ребрами жесткости, размещенными между муфтой и втулкой вдоль оси полой металлической трубы.