RU2274723C2

RU2274723C2 - Mixing and drilling bit

Info

Publication number: RU2274723C2
Application number: RU2004113144/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Романенко (UA); Владимир Иванович Романенко; Владимир Иванович Крысан (UA); Владимир Иванович Крысан
Original assignee: Владимир Иванович Романенко; Владимир Иванович Крысан
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2006-04-20
Also published as: UA62868C2; UA62868A

Abstract

FIELD: building, particularly to consolidate weak ground at building or building structure base.

SUBSTANCE: mixing and drilling bit comprises hollow body provided with at least one orifice for technological solution injection, starter and at least two blades with front cutting edges. Each blade is secured to hollow body and may perform limited rotation. Geometrical rotation axis of each blade is offset relative center of gravity defined by blade surface towards front cutting edge.

EFFECT: reduced labor inputs and simplified operation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и касается улучшения и упрочнения слабых грунтов в основаниях зданий и сооружений с помощью струйной технологии, а также может быть использовано для изготовления грунтобетонных свай, преимущественно, в слабых, глинистых грунтах.The invention relates to the construction and for improving and hardening of soft soils in the foundations of buildings and structures using inkjet technology, and can also be used for the manufacture of concrete piles, mainly in weak, clay soils.

Известно смесительно-буровое долото для упрочнения грунта и изготовления грунтобетонных свай, включающее полый корпус, снабженный, по меньшей мере, одним отверстием для подачи технологических составов, забурник и, по меньшей мере, две лопасти с передними режущими кромками (а.с. СССР №996628 «Устройство для изготовления грунтобетонных свай», МПК E 02 D 5/36, опубл.15.02.83, бюл.№6).Known mixing drill bit for hardening the soil and the manufacture of concrete piles, including a hollow body, equipped with at least one hole for supplying technological compositions, a hole and at least two blades with front cutting edges (AS USSR No. 996628 "Device for the manufacture of concrete piles", IPC E 02 D 5/36, publ. 02.15.83, bull. No. 6).

В известном устройстве лопасти жестко закреплены на полом корпусе под углом к горизонтальной плоскости, а само устройство крепится на буровой штанге с помощью специального крепежного соединения.In the known device, the blades are rigidly fixed to the hollow body at an angle to the horizontal plane, and the device itself is mounted on the drill rod using a special mounting connection.

Для упрочнения грунта с помощью известного устройства его погружают в грунт, сообщая ему вращательное и поступательное движение от привода базовой машины и, таким образом, ввинчивают его в грунт до отметки головы изготовляемой сваи, после чего включают систему подачи технологического состава, который поступает через выходные отверстия в грунт, при этом лопасти совершают подрезку грунта, и перемешивание его с технологическим составом. При достижении проектной отметки систему подачи технологического состава отключают и начинают извлекать устройство, сообщая ему для этого обратное направление вращения.To harden the soil using a known device, it is immersed in the soil, giving it rotational and translational motion from the drive of the base machine and, thus, screwed into the soil to the mark of the head of the manufactured pile, after which the supply system of the technological composition, which enters through the outlet openings, is turned on into the soil, while the blades undercut the soil, and mix it with the technological composition. When the design mark is reached, the supply system of the technological composition is turned off and the device is started to be removed, telling it the reverse direction of rotation for this.

Для крепления известного устройства к буровой штанге и соединения между собой отдельных ее элементов используют сложные крепежные соединения, которые не позволяют соединяемым элементам раскручиваться при изменении направления вращения устройства.For fastening the known device to the drill rod and connecting each other of its elements, complex fastening connections are used that do not allow the connected elements to untwist when changing the direction of rotation of the device.

Недостатком известного устройства является то, что для его извлечения из грунта необходимо изменить направление его вращения, что, в свою очередь, требует применения сложных крепежных соединений для крепления известного устройства на буровой штанге, а также соединения отдельных секций буровой штанги между собой.A disadvantage of the known device is that in order to extract it from the soil, it is necessary to change the direction of its rotation, which, in turn, requires the use of complex fasteners for attaching the known device to the drill rod, as well as connecting individual sections of the drill rod to each other.

Этот недостаток обусловлен большим сопротивлением грунта, приходящимся на поверхности лопастей при извлечении устройства, для уменьшения которого устройству придают противоположное направление вращения.This disadvantage is due to the large soil resistance falling on the surface of the blades when removing the device, to reduce which the device is given the opposite direction of rotation.

Это приводит к повышению сложности и трудоемкости эксплуатации известного устройства.This leads to increased complexity and the complexity of the operation of the known device.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача создания такого смесительно-бурового долота, применение которого обеспечило бы извлечение устройства из грунта без изменения направления его вращения, что, в свою очередь, позволило бы исключить необходимость использования сложного крепежного соединения для крепления устройства на буровой штанге и соединения отдельных секций буровой штанги между собой и, тем самым, снизить трудоемкость и упростить эксплуатацию заявляемого устройства.The basis of the claimed invention is the task of creating such a mixing drill bit, the use of which would ensure the removal of the device from the soil without changing the direction of its rotation, which, in turn, would eliminate the need to use a complex mounting connection for mounting the device on the drill rod and connecting individual sections of the drill rod between themselves and, thereby, reduce the complexity and simplify the operation of the inventive device.

Поставленная задача решается тем, что смесительно-буровом долоте, включающем полый корпус, снабженный, по меньшей мере, одним отверстием для подачи технологического состава, забурник и, по меньшей мере, две лопасти с передними режущими кромками, согласно изобретению, каждая лопасть закреплена на полом корпусе с возможностью ограниченного поворота, причем геометрическая ось поворота каждой лопасти смещена относительно центра тяжести площади поверхности лопасти в сторону передней режущей кромки.The problem is solved in that the mixing drill bit, including a hollow body, equipped with at least one hole for supplying the technological composition, a hole and at least two blades with front cutting edges, according to the invention, each blade is fixed to the floor the case with the possibility of limited rotation, and the geometric axis of rotation of each blade is offset from the center of gravity of the surface area of the blade towards the front cutting edge.

Закрепление лопастей на полом корпусе с возможностью ограниченного поворота таким образом, что геометрическая ось поворота каждой лопасти смещена относительно центра тяжести площади поверхности лопасти в сторону передней режущей кромки, обеспечивает возможность изменения наклона лопастей, обусловленное изменением направления давления грунта на лопасти при погружении или извлечение заявляемого устройства, что, в свою очередь, позволяет извлечь устройство из грунта без изменения направления его вращения.The fastening of the blades on the hollow body with the possibility of limited rotation so that the geometric axis of rotation of each blade is shifted relative to the center of gravity of the surface area of the blade towards the front cutting edge, provides the ability to change the inclination of the blades due to a change in the direction of soil pressure on the blades when immersed or removing the inventive device , which, in turn, allows you to remove the device from the ground without changing the direction of its rotation.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием его выполнения со ссылками на чертежи, на которых:The invention is further explained in the detailed description of its implementation with reference to the drawings, in which:

на фиг.1 - смесительно-буровое долото (общий вид);figure 1 - mixing drill bit (General view);

на фиг.2 - смесительно-буровое долото (вид с спереди с местным разрезом);figure 2 - mixing drill bit (front view with a local cut);

на фиг.3 - лопасть (вид сверху).figure 3 - blade (top view).

Смесительно-буровое долото включает полый корпус 1 (фиг.1), который снабжен, по меньшей мере, одним отверстием 2 для подачи технологических составов, забурник 3 и, по меньшей мере, две лопасти 4 с передними режущими кромками 5.The mixing drill bit includes a hollow body 1 (Fig. 1), which is provided with at least one hole 2 for supplying technological compositions, a borehole 3 and at least two blades 4 with front cutting edges 5.

Каждая лопасть 4 закреплена на полом корпусе 1 с возможностью ограниченного поворота, причем геометрическая ось поворота O-O (фиг.3) каждой из лопастей 4 смещена относительно центра тяжести площади G поверхности лопасти 4 в сторону передней режущей кромки 5 на расстояние t, не равное нулю.Each blade 4 is mounted on the hollow body 1 with the possibility of limited rotation, and the geometric axis of rotation O-O (Fig.3) of each of the blades 4 is shifted relative to the center of gravity of the area G of the surface of the blade 4 towards the front cutting edge 5 by a distance t that is not equal to zero.

Таким образом, лопасти 4 выполнены так, что геометрическая ось поворота O-O делит их на две неравные по площади части S₁ и S₂, при этом площадь передней части S₁ лопастей 4 с передней режущей кромкой 5 меньше, чем задняя часть S₂.Thus, the blades 4 are made so that the geometric axis of rotation OO divides them into two unequal areas S ₁ and S ₂ , while the area of the front part S _{1 of the} blades 4 with the front cutting edge 5 is less than the rear part S ₂ .

Каждая лопасть 4 устанавливается на корпусе 1 (фиг.2) с помощью оси 6. Конкретная форма выполнения оси 6 не имеет принципиального значения и может быть реализована, например, в виде вращающейся или неподвижно закрепленной на корпусе 1 оси, общей для нескольких лопастей 4, или раздельной, для каждой допасти 4 отдельно.Each blade 4 is mounted on the housing 1 (FIG. 2) using the axis 6. A specific embodiment of the axis 6 is not critical and can be implemented, for example, in the form of an axis rotating or fixedly mounted on the housing 1, common to several blades 4, or separate, for each add 4 separately.

Максимальный угол поворот лопастей 4 ограничен упорами 7 и находится в интервале ±35°.The maximum angle of rotation of the blades 4 is limited by stops 7 and is in the range of ± 35 °.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Корпус 1 устройства устанавливают на поверхность грунта, при этом лопасти 4 принимают горизонтальное положение.The housing 1 of the device is installed on the surface of the soil, while the blades 4 take a horizontal position.

Затем устройство погружают в грунт до отметки головы изготовляемой сваи, после чего включают систему подачи технологического состава, который, проходя через полый корпус 1, поступает через выходные отверстия 2 в грунт, и продолжают погружение устройства до проектной отметки, при этом лопасти 4 совершают подрезку грунта и перемешивание его с технологическим составом.Then the device is immersed in the ground to the mark of the head of the manufactured pile, after which the supply system of the technological composition is turned on, which, passing through the hollow body 1, enters through the outlet openings 2 into the soil, and the device continues to be immersed to the design level, while the blades 4 undercut the soil and mixing it with the technological composition.

При погружении заявляемого устройства ему сообщают вращательное и направленное вниз поступательное движение от привода базовой машины (на чертежах не показан), при этом лопасти 4 поворачиваются и занимают наклонное положение.When immersing the inventive device, it is informed of a rotational and downward translational movement from the drive of the base machine (not shown in the drawings), while the blades 4 are rotated and occupy an inclined position.

Поворот каждой из лопастей 4 обусловлен действующим на них моментом, возникающим под действия вертикально направленного давления грунта на нижние поверхности лопастей 4, имеющие разные по площади относительно геометрической оси поворота O-O части S₁ и S₂ (таким образом, момент, действующий на каждую из лопастей 4, равен произведению результирующей силы давления грунта на лопасть 4, которая приложена в точке, совпадающей с центром тяжести площади G лопасти 4, на плечо момента, равное расстоянию t, на которое смещена геометрическая ось O-O поворота лопасти 4 относительно ее центра площади поверхности).The rotation of each of the blades 4 is due to the moment acting on them, arising under the action of vertically directed soil pressure on the lower surfaces of the blades 4, having parts S ₁ and S ₂ different in area with respect to the geometric axis of rotation OO (thus, the moment acting on each of the blades 4 is equal to the product of the resulting ground pressure force by the blade 4, which is applied at a point coinciding with the center of gravity of the area G of the blade 4, by the moment arm equal to the distance t, by which the rotation geometric axis OO is offset blades 4 relative to its center of surface area).

При достижении проектной отметки устройство извлекают из грунта.Upon reaching the design level, the device is removed from the ground.

Для извлечения заявляемого устройства из грунта ему сообщают вращательное и направленное вверх поступательное движение от привода базовой машины (направление вращения не изменяется относительно направлению вращения при погружении), при этом лопасти 4 поворачиваются и занимают наклонное положение, обратное направлению лопастей при погруженииTo remove the inventive device from the ground, it is informed of a rotational and upward translational movement from the drive of the base machine (the direction of rotation does not change relative to the direction of rotation when immersed), while the blades 4 are rotated and occupy an inclined position opposite to the direction of the blades when immersed

Поворот каждой из лопастей 4 в обратное положение обусловлен действующим на них моментом, возникающим под действия вертикально направленного давления грунта на верхние поверхности лопастей 4, имеющие разные по площади относительно геометрической оси поворота O-O части S₁ и S₂ (таким образом, момент, как и при погружении, равен произведению равнодействующей силы давления грунта на лопасть 4, приложенной в точке G, на плечо момента, равное расстоянию t).The rotation of each of the blades 4 in the opposite position is due to the moment acting on them, arising under the action of the vertically directed soil pressure on the upper surfaces of the blades 4, having parts S ₁ and S ₂ different in area relative to the geometric axis of rotation OO (thus, the moment, like when immersed, it is equal to the product of the resultant force of soil pressure by the blade 4, applied at point G, by the moment arm equal to the distance t).

Во время работы устройства за лопастями 4 образуется свободное от грунта пространство, в которое подают технологический состав. Это позволяет увеличить диаметр грунтобетонного столба за счет того, что подаваемая под давлением струя технологического состава разрушает и перемешивает часть грунта за пределами зоны перемешивания лопастями 4, а также позволяет обеспечить равномерность перемешивания грунта, однородность и равномерность грунтобетонного столба.During operation of the device behind the blades 4, a space free from soil is formed, into which the technological composition is fed. This allows you to increase the diameter of the soil column due to the fact that the stream of technological composition supplied under pressure destroys and mixes part of the soil outside the mixing zone by the blades 4, and also ensures uniform mixing of the soil, uniformity and uniformity of the soil column.

Кроме этого, такая подача технологического состава обеспечивает высокую степень смачивания грунта в зоне воздействия на него лопастей, что, в свою очередь, способствует уменьшению сил трения, возникающих при подрезке грунта лопастями заявляемого устройства.In addition, this supply of technological composition provides a high degree of wetting of the soil in the zone of influence of the blades on it, which, in turn, helps to reduce the friction forces that occur when cutting the soil with the blades of the inventive device.

Подача технологического состава может происходить на любом этапе технологического процесса при погружении или извлечении устройства, при этом конкретный состав, рабочее давление и режим подачи определяются исходя из конкретных условий с учетом имеющихся геологических условий и в зависимости от решаемой технологической задачи. В качестве технологического состава может быть использовано, например, цементное молоко, цементно-песчаная, силикатная, полимерная или другая смесь.The supply of the technological composition can occur at any stage of the technological process when the device is immersed or removed, and the specific composition, working pressure and feeding mode are determined based on specific conditions, taking into account the existing geological conditions and depending on the technological task being solved. As the technological composition can be used, for example, cement milk, cement-sand, silicate, polymer or other mixture.

Для соединения заявляемого устройства с буровой штангой и соединения между собой ее отдельных частей можно использовать, например, резьбовое соединение (на чертежах не показано), простое в изготовление, эксплуатации и обслуживании, которое не требует для эксплуатации каких либо дополнительных приспособлений или устройств.To connect the inventive device with a drill rod and to connect its separate parts to each other, you can use, for example, a threaded connection (not shown in the drawings), simple to manufacture, operate and maintain, which does not require any additional devices or devices for operation.

Качество перемешивания грунта с технологическим составом регулируется путем изменения давления подаваемого технологического состава, скорости вертикальной подачи устройства и его угловой скорости вращения.The quality of mixing the soil with the technological composition is regulated by changing the pressure of the supplied technological composition, the vertical feed rate of the device and its angular rotation speed.

Использование заявляемого устройства обеспечивает возможность извлечения его из грунта без изменения направления его вращения, что, в свою очередь, позволяет исключить использование сложного крепежного соединения для закрепления устройства на буровой штанге и соединения отдельных секций буровой штанги между собой и, тем самым, снизить трудоемкость и упростить эксплуатацию заявляемого устройства.Using the inventive device provides the ability to extract it from the soil without changing the direction of its rotation, which, in turn, eliminates the use of complex fasteners for fixing the device on the drill rod and connecting the individual sections of the drill rod together, and thereby reduce the complexity and simplify operation of the inventive device.

При использовании заявляемого устройства разрушение и перемешивание грунта происходит двумя способами: механическим - за счет перемешивания грунта лопастям и гидравлического - за счет воздействия подаваемой под давлением струи технологического состава. Эта особенность позволяет увеличить диаметр грунтобетонного столба, а также обеспечивает равномерность перемешивания грунта, однородность и равномерность грунтобетонного столба, что, в свою очередь, способствует улучшению несущих характеристик укрепляемого грунта и изготовляемых с помощью заявляемого устройства грунтоцементных свай.When using the inventive device, the destruction and mixing of the soil occurs in two ways: mechanical - by mixing the soil with the blades and hydraulic - due to the action of a stream of technological composition supplied under pressure. This feature allows you to increase the diameter of the soil pillar, and also provides uniform mixing of the soil, the uniformity and uniformity of the soil pillar, which, in turn, helps to improve the bearing characteristics of the reinforced soil and manufactured using the inventive device cement piles.

Предлагаемая конструкция устройства для укрепления слабых грунтов и изготовления грунтобетонных свай проста в изготовлении и удобна при эксплуатации.The proposed design of a device for strengthening weak soils and manufacturing of concrete piles is simple to manufacture and convenient to use.

Смесительно-буровое долото может быть изготовлено в условиях промышленного производства на стандартном оборудовании с использованием стандартных узлов и комплектующих.The mixing drill bit can be manufactured in industrial production on standard equipment using standard components and components.

Наибольшая экономическая эффективность от использования заявляемого изобретения возникает при укреплении грунтов в основаниях существующих зданий и сооружений, при укреплении грунтов вблизи существующих зданий и сооружений при больших мощностях просадочных и слабых грунтов.The greatest economic efficiency from the use of the claimed invention occurs when soil is strengthened in the foundations of existing buildings and structures, when soil is strengthened near existing buildings and structures with large subsidence and weak soils.

Claims

Mixing drill bit, comprising a hollow body, provided with at least one hole for supplying technological compositions, a borehole and at least two blades with front cutting edges, characterized in that each blade is mounted on the hollow body with limited rotation moreover, the geometric axis of rotation of each blade is offset relative to the center of gravity of the surface area of the blade towards the front cutting edge.