BG60523B1

BG60523B1 - Method for the preparation of a pile and instrument for its making

Info

Publication number: BG60523B1
Application number: BG95725A
Authority: BG
Inventors: Aleksei L Egorov; Genadi N Gavrilov
Original assignee: Egorov; Gavrilov
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1992-01-06
Publication date: 1995-07-28
Also published as: FI94543C; JPH04506553A; CA2063573A1; EP0481079B1; BG95725A; BR9007509A; HU209336B; HUT60795A; FI920032A0; AU641174B2; FI94543B; WO1991000941A1; EP0481079A4; HU9200023D0; DE59002864D1; EP0481079A1; AU6057190A; ES2047939T3

Description

(57) Методът и инструментът намират приложение при реконструкция на сгради. С тях се повишава носимоспособността и се намалява времето за изграждане. Методът включва подаване на втвърдяващ се материал (6) в отвора (1) или в основата с възбуждането на високоволтови електрически изпразвания в материала (6) и преместване на зоната (7) за подаване на материала и възбуждане на високоволтови електрически изпразвания на височината на формирания пилот. Сумарната енергия от високоволтовите електрически изпразвания на определена дълбочина осигурява разширение на съответния участък в отвора (1) или основата до зададения диаметър на пилота за тази дълбочина. Под действието на високоволтовите електрически изпразванията около формирания пилот се създава зона (8) с укрепена основа с повишена здравина и зона (9) с уплътнената основа с подобрени строителни свойства. Инструментът има тръба (3) за подаване на материала и електрически разрядник с разположени коаксиално и разделени помежду си аелектроди (10 и 11), закрепени на изолационния прът (15), преминаващ вътре в първия електрод (10). Последният е съединен с края на тръбата (3), върху който се намира нейният изпускателен отвор (17) така, че оста му да бъде успоредна на оста й. Разстоянието от втория електрод (11) до изпускателния отвор (17) на тръбата (3) е не по-малко от големината на междуелектродната хлабина (16).

претенции, 6 фигури

(54) МЕТОД ЗА ИЗРАБОТВАНЕ НА ПИЛОТ И ИНСТРУМЕНТ ЗА НЕГОВОТО ОСЪЩЕСТВЯВАНЕ

Изобретението се отнася до метод и инструмент за изработване на пилоти, които намират приложение при изработването на пилотни фундаменти в процеса на строителството и при реконструкция на сгради и инженерни съоръжения.

Известен е метод за изработване на пилот /DE,C,2651023/ който се използва при укрепване на съществуващите фундаменти и включва пробиване на сондажен отвор с машини с ударно-въртеливо сондиране при защита с обсадни тръби, монтиране на арматурата и въвеждането в отвора на тръба за нагнетяване на циментово-пясъчен разтвор. След нагнетяването на разтвора преди неговото втвърдяване през него се пропуска инжекционна тръба, по която под повишено налягане се нагнетява циментов разтвор за образуването на разширение в основата на формирания пилот.

Недостатъкът на метода е ниската носеща способност на пилота по неговата странична повърхност, тъй като сондажният отвор се образува чрез изкопаване на почвата и по неговата стена се създава слой от неушгьтнена почва, неучастващ в съвместната работа с пилота. Поради тази причина плотът трябва да се изпълнява с голяма дължина за опиране на неговия долен край в плътната основа /скала, морена/.

Недостатъкът на този метод е също така ниската производителност поради необходимостта от последователното изпълнение на операциите по пробиване на отвор, монтиране на обсадни тръби, изваждане на пробиващия инструмент, монтиране в отвора на тръба за нагнетяване на циментовопясъчния разтвор, заливане на отвора с този разтвор, изваждане на обсадните тръби и тръбите за нагнетяване на циментово-пясъчния разтвор, монтиране в отвора на инжекционна тръба и нагнетяването на циментов, разтвор, при което между всеки две от посочените последователни операции трябва да бъде осъществено технологично прекъсване, свързано с втвърдяването на материала за пилота, изпълняващ ролята на уплътнение при нагнетяването при високо налягане на циментовия разтвор.

Познат е инструмент за изработването на пилот /US,А,4060994/ който има тръба за подаване на втвърдявания разтвор, свързана с помпа на разтвора. Тръбата се поставя в отвора и в нея се подава под налягане втвърдяваният материал, който образува тялото на пилота, при едновременното изваждане на тръбата според степента на запълването на отвора с материала.

Недостатъкът на инструмента е, че изработваният чрез него пилот има ниска носеща способност, тъй като инструментът осигурява само подаването на материал в отвора без уплътнение на заобикалящата го основа, понижаването на носещата способност на пилота се дължи също и на това, че в процеса на подаването на втвърдявания материал в отвора неизбежно се осъществява смесването му с водата или с основата. Освен това е възможно нарушение на плътността на пилота по неговата височина, вследствие на пробиване на водата или на глинения разтвор и проникване във вътрешността на тръбата.

Недостатъкът на инструмента е също и това, че при неговото използване времето на изработването на пилота е продължително, доколкото наред с прокарването на отвора и неговото заливане с втвърдяващ разтвор е необходимо изпълнението на операции по предпазването на отвора от срутване на неговите стени, т.е. монтирането в него на обсадни тръби или запълването му с глинен разтвор.

Задачата на изобретението е да се създаде метод и инструмент за изработването на пилот, които биха позволили оформянето около пилота в зона в земния пласт с повишена плътност, участваща в работата заедно с пилота, и по този начин да се повиши носещата способност на пилота, а също така да се намали времето за изработване на пилота за сметка на съкращаване броя на операциите.

Задачата е решена с метод за изработване на пилоти чрез подаване в зоната за оформяне на пилота на втвърдяващ се материал, като съгласно изобретението при подаването на материала в зоната на оформянето на пилота в нея се възбуждат високоволтови електрически изпразвания / разряди/, при което зоната за подаване на материала и за възбуждане на електрическото изпразване се разполага по дълбочината на зоната за формиране на пилота, а сумарната енергия на изпразване за определена дълбочина от зоната за формиране на пилота е такава, че се осигурява увеличение на диаметъра на съответния участък от тази зона до зададения диаметър на пилота на тази дълбочина.

Повишаването на носещата способност на пилота е свързано с това, че при възбуждането на високоволтови изпразвания съгласно предлагания метод в подавания в зоната за оформянето на пилота втвърдяващ материал се осъществява периодично скокообразно повишение на налягането, което води до разширението на тази зона, уплътнение на основата около нея, отцеждане на свободната вода и на водата в шуплите и филтруване на втвърдявания материал в освободените пори на основата. В резултат около пилота се създава зона на укрепената основа и зона с уплътнена основа около нея. Освен това, предлаганият метод позволява чрез изменение на сумарната енергия от изпразванията по дълбочината на зоната за формирането на пилота да се изменя площта на напречното сечение на пилота по неговата височина, като се регулира по този начин носещата способност на пилота в процеса на неговото изработване, в зависимост от вида на основата.

В предлагания метод не са предвидени операции за предпазване на стените на отвора от срутване по осъщесатвяващите познати методи /обсадни тръби, глинен, разтвор/, времето за изработване на пилота се съкращава за сметка на съчетаването във времето на операциите по подаването на материала, формирането на отвора за пилота и уплътняването на основата.

Втвърдяващият се материал може да се подава в пионерния отвор, който е зона за формирането на пилота.

Втвърдяващият се материал може да се подава също така непосредствено в основата, която в този случай е зона за формирането на пилота. По този начин се постига допълнително съкращаване на времето за изработване на пилота за сметка на изключването на операциите по пробиване на отвора.

В случай на изработването на пилот с изменящ се по височина радиус при преместването на зоната за подаване на материала и възбуждане на изпразванията е целесъобразно да се изменя броят на изпразванията така, че при определена дълбочина на зоната за формирането на пилота този брой да се намира в пряка зависимост от зададения радиус на пилота на тази дълбочина.

В случай на изработването на пилот с изменящ се по височина радиус при преместване на зоната за подаване на материала и за възбуждане на изпразвания може да се промени честотата на редуване на изпразванията така, че нейното значение за определена дълбочина на зоната за формиране на пилота да се намира в права зависимост от зададения радиус на пилота на тази дълбочина.

При изработването на пилота в пионерния сондажен отвор е целесъобразно броят η на изпразванията на определена дълбочина на зоната за формиране на пилота да бъде определено по формулата n = exp ^r ~ 1 κ (ζ'^ΰΤ-Γ,) в която г означава радиус на пилота за определена дълбочина, в метри, г_о -радиус на пионерния отвор, в метри, W -енергията на едно изпразване на определена дълбочина, в джаули, К - коефициент на интензивност на натрупването на необратими деформации в основата, χ - коефициент, зависещ от свойствата на основата.

Съгласно един от вариантите на изпълнение на пилота непосредствено в основата зоната за подаване на материала и за възбуждане на изпразванията се премества по дълбочина на основата, при което броят η на изпразванията за дадена дълбочина се определя по формулата η - exp ^г ~ г____ 2 κ *Vw~ в която г означава зададения радиус на пилота на определена дълбочина, в метри, W - енергията на едно изпразване на определена дълбочина, в джаули, К - коефициент на интензивността на натрупване на необратими деформации в основата, χ -коефициент, зависещ от свойствата на основата.

Съгласно друг вариант за изработване на пилота непосредствено в основата зоната за подаване на материала и за възбуждане на изпразване се премества в дълбочина на основата и след достигане на дълбочина, съответстваща на зададената височина на пилота, зоната за подаване на материала и за възбуждане на изпразването се придвижва нагоре, при това енергията W, на едно изпразване при движение на зоната за подаване на материала и за възбуждане на изпразването надолу се определя по съотношението

W1--/дж/ 3

13,12 като j означава максимален размер на напречното сечение на инструмента осигуряващ подаването на материала и възбуждането на изпразванията, в мм, f коефициент на здравина на основата по скалата на Протодяков, а броят η на изпразванията на определена дълбочина при движение на указаната зона нагоре се определя по съотношението η - exp ^r κ (z'^W^0,5 d) като W означава енергията на едно изпразване на тази дълбочина при движение на зоната за подаване на материала и възбуждане на изпразванията нагоре, в джаули, г - зададеният радиус на пилота на тази дълбочина, в м, к - коефициент на интензивност на натрупване на необратимите деформации в основата, χ - коефициент, зависещ от свойствата на основата, d максимален размер на напречното сечение на инструмента, осигуряващ подаването на материала и възбуждане на изпразванията, в м.

При изработването на консуообразен пилот е целесъобразно в зоната за подаване на материала и за възбуждане на изпразванията да се пресметна със стъпка Δ h, определяна чрез съотношението

Ah = r' (1 -b) sin {2arctg [ (1 -b) tg — ]} при г' > r 5 и Ah = r'(l-b)tg {2arctg[(l-b)tg —]} при г' < г като b - означава допустимо относително отклонение от зададения радиус на пилота, α зададен ъгъл на конуса на пилота, г’ и г зададен радиус на пилота на преходната и следходната стъпка, съответно.

Задачата е решена и с инструмент за изработване на пилота, съдържащ тръба за подаване на втвърдяващия се материал, като съгласно изобретението съдържа допълнително електрически разрядник с разположени коаксиално и разделени помежду си електроди, първият от които е изпълнен като пръстеновиден и е разположен на преминаващ през неговата вътрешност изолационен прът, а вторият е закрепен на края на този прът и е свързан с токопроводящ прът, разположен във вътрешността на изолационния прът, и е включен към централното жило на коаксиален кабел, екранната обвивка на която е свързана към първия електрод, при което диаметърът на втория електрод е по-голям от диаметъра на изолационния прът, първият електрод е свързан неподвижно с края на тръбата, на който се намира нейният изпускателен отвор, така че оста на първия електрод е паралелна на оста на тръбата и разстоянието от изпускателния отвор на тръбата до втория електрод не е по-малка от стойността на междуелектродната хлабина.

Поради наличието на разрядник, който е разположен на тръбата за подаване на втвърдяващия се материал в близост до нейния изпускателен отвор, предлаганият инструмент може да бъде използван при осъществяването на метод съгласно изобретението т.е. той позволява да се осигури едновременно с въвеждането на втвръдвяващия се материал възбуждането в него на високоволтово изпразване. При това инструментът е подходящ за изработването на пилот както в отвор от сондиране, така и непосредствено в основа.

Изобретението се пояснява по-подробно чрез описание на най-добрите варианти за неговото осъществяване и с приложените фигури, от които:

фигура 1 пояснява метод за изработване на пилот съгласно изобретението в един от вариантите за неговото реализиране;

фигура 2 - метод за изработване на пилот съгласно друг вариант за осъществяване на изобретението;

фигура 3 - първи етап от метода за изработване на пилот съгласно трети вариант за осъществяване на изобретението;

фигура 4 - втори етап от метода за изработване на пилот съгласно трети вариант за осъществяване на изобретението;

фигура 5 - инструмент за изработване на пилот съгласно изобретението;

фигура 6 - изменението на характеристиките на основата около пилота, изработен съгласно изобретението.

Предлаганият метод се осъществява по следния начин.

По всеки от познатите методи, например чрез въртеливо пробиване, се осъществява прокарване на първоначален отвор 1/фиг.1/ с диаметър, по-малък от диаметър на изработвания пилот /в случай на цилиндричен пилот/ или от минималния диаметър на разработвания пилот /в случай на пилот с изменящ се по височината диаметър/.В отвора 1 се монтира арматура, ако това е необходимо, и в долната част на отвора 1 се спуска инструментът 2, съдържащ тръбата 3 за подаване на втвърдяващия се материал и електрическия разрядник 4. Тръбата 3 се включва към помпата за разтвора /не е показана/, а разрядникът 4-към генератора 5 на токови импулси. По тръбата 3 непрекъснато или на порции се подават под налягане електропроводящият втвърдяващ се материал 6, например на базата на цимент или синтетични течни материали, а от генератора 5 на електродите на разрядника 4 се подават токови импулси и в материала 6 се възбуждат високоволтови електрически изпразвания. По такъв начин, зоната 7 под долния край на инструмента 2 е зона на подаване на материала и за възбуждане на високоволтови електрически изпразвания. От всяко високоволтово електрическо изпразване в отвора 1, частично или напълно запълнен с материала 6, се осъществява скокообразно повишаване на налягането. В резултат на ударните въздействия става уплътнение на материала 6 в зоната 7, разширение на отвора 1 в долната му част, отцеждане от прилежащата основа на свободната вода и на водата от шуплите и проникване на материала 6 в освобождаващите се от вода пори и шупли на основата с образуване на зоната 8 с укрепената основа, имаща повишена здравина, а също и зоната 9 уплътнена основа около зоната 8, имаща подобрени строителни свойства /повишава се носещата способност на основата за сметка на намаление на коефициента на порестост и повишаване на модула на деформация на основата/. Свободното пространство, което се образува при уплътнението на материала 6, постоянно се запълва с нови порции от материала, така че всяко следващо високоволтово електрическо изпразване протича в нов обем от твърдия материал.

Сумарната енергия от високоволтовите електрически изпразвания, в дадения случай техния брой се избира така, че да се осигури разширението на долните части на отвора 1 до необходимия диаметър на пилота в неговата долна част. Така се осъществява формирането на основата на пилота.

Експериментално е установено, че енергията при всяко изпразване трябва да бъде не по-малко от 5 кджаула, при което налягането на хидропотока в отвора 1 може да се повиши от 50 до 200 мРа. При изпразванията с енергия, по-малка от 5 kJ, времето за формирането на пилота превишава времето за втвърдяването на материала, което води до понижаване здравината на материала за пилота. Не се препоръчва да се възбуждат изпразвания с енергия над 200 кДж поради това, че повишаването на натоварването на стените на сондажния отвор може да доведе до превишаване допустимата скорост на колебания в основата и до вредно в сеизмично отношение въздействие върху съседните постройки и съоръжения. Освен това, при увеличаване на енергията от изпразването нарастват и габаритните показатели на установката, с която се реализира метода.

След това инструментът 2, а следователно и намиращата се под него зона 7 за подаване на материала и възбуждане на изпразванията, се преместват нагоре, както е показано със стрелка на фиг.1, със стъпката Ah и описаният по-горе процес се повтаря, като се формират следващите участъци от тялото на пилота. При това в случай на изработване на пилот с променящи се по височина радиуси броят на изпразванията при следващите стъпки се увеличава в сравнение с този на предходната стъпка при увеличаване на радиуса на пилота и обратно. Величината на стъпката Ah се определя в зависимост от зададения закон за изменение на радиуса на пилота по неговата височина и необходимата точност при разработването на пилота. Така например при разработването на цилиндрични пилоти стъпката Ah остава постоянна и стойността й се изчислява по формулата

Ah = r sin [arc cos (1 - b)J 6 в която г означава зададения радиус на пилота, в допустимото допълнително отклонение от зададения радиус на пилота.

При изработването на конусовиден пилот стъпката Ah се определя от съотношението

Ah = r'(l-b)sin{2arctg[(l-l)tg— ι)

,.Ί ' при r > r ^a 11 или Ah = r'(l-b)tg{2arctg[(l-l)tg П при r < r като r и r” означават зададения радиус на пилота, съответно на предходна и следваща стъпка, а - зададен ъгъл на конусовидния пилот.

При това значение на стъпката броят η на изпразванията на всяка стъпка може да се избере така, че радиусът на получавания участък на пилота на всяка стъпка да бъде помалък от зададения радиус г с величина Ьг. Причина за това е, че на всяка стъпка се изработва участък от пилота във форма на сферичен сегмент с площ на повърхността, която превишава площта на повърхността на същия участък на пилота при зададения радиус. По такъв начин методът позволява до известна степен да се намали обемът на изработвания пилот без влошаване на носещата способност и за сметка на това да се получи икономия от материала.

Описаната процедура се продължава до пълното формиране на тялото на пилота с височината h, след което инструментът 2 се изважда. При подаването на материала 6 неговия разход се регулира така, че неговото ниво в пилотния отвор 1 да се намира на маркировката на изходния отвор.

Експериментално бе установено, че в резултат от действието при първото изпразване радиусът г_о на пилотния отвор 1 се увеличава до стойност г_р която се изчислява по формулата ^Γι = X м ⁸ която - означава коефициентът, който зависи от свойствата на основата, W- енергията от едно изпразване, Дж.

След п- броя изпразвания нарастването на радиуса Δγ_π = Г - Г на пилотния отвор 1 може да се определи с емпиричната зависимост Дг_п = Ar, (Kin η + 1) 9 като A r =r -r_o означава нарастването на радиуса на пилотния отвор под действието на първото изпразване, К - коефициент на интензивност на натрупването на необратими деформации в основата.

От изразите /8/ и /9/ следва, че формирането на участък от пилота с радиус г са необходими η на брой изпразвания, определен, както следва:

η “ exp ^г

10

K(xVw“-r_o) у

Коефициент1^Ле К и у се определят емпирично. Коефициентът К зависи от състоянието на основата и неговите значения се намират в границите от 0,2 до 0,7. Коефициентът зависи от вида на основата и се увеличава с нарастването на плътността на основата. За пясък този коефициент е 0,00163, а за пясъчно-глинеста почва е 0,0021.

При разглеждания случай на разработване на пилот с променящ се по височината му радиус сумарната енергия на изпразванията се изменя, в зависимост от степента на преместване на инструментът 2 чрез изменение броя на изпразванията, пропорционално на необходимото изменение на радиуса на пилотния отвор, което следва от израза /10/. При това инструментът се придвижва със стъпка Ah , а честотата на изпразванията в този случай е постоянна и се избира, в зависимост от зададеното време за изработване на пилота, като се отчитат свойствата на използвания втвърдяващ се материал, но не по-малко от 0,5 Хц. Възможно е също така сумарната енергия да се регулира по височина на формирания пилот чрез изменение на честотата, с която следват изпразванията, в съответствие с изменението на радиуса на пилота. Очевидно е, че колкото по-голям е необходимият радиус на пилота за определена дълбочина, толкова по-голяма трябва да бъде честотата за тази дълбочина, с която следват изпразванията, и обратно. В този случай инструментът 2 се премества непрекъснато с постоянна скорост.

При избор на значения на честота, с

При избор на значения на честота, е която следва изпразванията, е необходимо да се отчита, че процесът на формирането на пилота включва разширяване на пилотния отвор 1 уплътняване на основата около него. Този процес протича по различен начин, в зависимост от съотношението между честотата на разрядите /изпразванията/ и скоростта на спада в налягането в пилотния отвор, който е запълнен с материал. Ако честотата, с която следват изпразванията, не е по-малка от 0,1 Хц, то всяко следващо изпразване се осъществява след пълния спад на налягането и спирането на консолидацията на основата, която при възбуждане на изпразванията придобива повишена плътност. С увеличаване на честота над 0,1 Хц процесът на разрушаване на структурата на основата и нейното уплътняване се съчетават във времето, с което се ускорява формирането на тялото на пилота. При това, от една страна, увеличението на честотата, с която следват изпразванията, позволява да се намали енергията на всяко изпразване, като се осигурява заедно с това сумарна енергия, достатъчна за разрушаване на структурата на основата и нейното уплътнение. От друга страна, при по-голяма честота на следване на изпразванията всяко следващо изпразване действа в условията на незавършена консолидация на основата, определена от нейните филтриращи свойства, които определят скоростта на водоотдаването. В резултат на това ефективността от всяко изпразване на намялава и се увеличава загубите от енергия при формирането на пилота. Например при начално значение на коефициента на порестост на основата 0,690 в случай на повишаване на честотата, с която следват изпразванията, от 0,09 Хц до 6 Хц ефектът от уплътняването от едно изпразване се понижава 9 пъти. Варирането на честотата, с която следват изпразванията, позволява в много широк интервал да се регулира скоростта на формирането на пилота. Намаляването на честота, с която следват изпразванията, под 0,5 Хц, не се препоръчва, тъй като в този случай времето за формирането на тялото на пилота става съизмеримо с времето за втвърдяване на материала. В този случай въздействието на изпразванията е неблагоприятно за формиране на структурата на материала при втвърдяване, като се понижава при това носещата способност на пилота. Горният предел на честотата, с която следват изпразванията, е ограничен от възможностите на генератора на токовите импулси.

В разглеждания вариант за осъществяване на изобретението пилотният отвор 1 с зона за формирането на пилота. В съответствие с друг вариант за изработване на пилота като зона за неговото формиране служи основата, т.е. пилотът се разработва непосредствено в основата, без да се пробива пилотен отвор. В този случай инструментът 2 се подава в основата на дълбочината 0,3 до 0,5 м по всеки от познатите методи за тази цел, например чрез въртеливо сондиране или чрез набиване и след това, както е описано по-горе, се подава втвърдяващ разтвор 6, като се умокря участък от основата и се възбуждат в този участък високоволтови електрични изпразвания в такъв брой, който осигурява формирането на горния участък на пилота със зададен диаметър. След това инструментът 2 се премества по дълбочина на основата със стъпка Ah ,която се определя от уравненията /6/ или /7/, в зависимост от формата на изработвания пилот. Доколкото материалът 6 се подава в основата, броят η на изпразванията за дадена дълбочина е по-голяма от този при подаването на материала в пилотния отвор и се определя от съотношението η - exp ^r ' W з ¹¹ κΧ Vw като г -означава зададен радиус на пилота за определена дълбочина.

След достигане на дълбочината h, равна на височината на пилота, инструментът 2 се изважда и в пилота се монтира арматура, като това е необходим В процеса на изработване на пилота разходът на материала 6 се регулира така, че неговото ниво да се намира на маркировката в горната част на пилота.

За разлика от варианта за изработване на пилота в пилотния отвор, в дадения случай се постига допълнително повишаване на носещата способност на пилота, поради това, че не се изкопава основата при пробиване на пилотния отвор и формирането на пилота става чрез раздвижване на основата от “нулата” до зададения радиус на пилота. Освен това, несъмнено предимство на изработването в основата е печалбата при намаляване на материалите загуби и загубите на време, свързано е изключването на операцията по пробиване на пилотен отвор.

Също така, както при изработването на 5 пилота с изменят се по височината радиус в пилотен отвор, при преместването на инструмента 2 може да се изменя не броят на импулсите, а честотата, с която следват в съответствие със зададения закон за изменение 10 на радиуса на пилота по неговата височина. Изложените по-горе съображения във връзка с избора на енергията на едно изпразване и честотата, с която следват изпразванията, остават в сила и в случаите на изработване на 15 пилот непосредствено в основата.

Изработването на пилот в основата отгоре-надолу е целесъобразно при усилването на фундаменти при съществуващите сгради и съоръжения, когато под фундамента се намират 20 празнини и сондажни отвори, образувани в резултат на действието на подпочвени води. Възможен е и друг път за изработване на пилоти в основата, който е за предпочитане при изграждането на междинни опори в 25 подземия на реконструирани сгради и съоръжения или при изработването на нови фундаменти при строителството на сгради и съоръжения. Съгласно този вариант на осъществяване на изобретението инструмент 30 2 /фиг.З/ се набива по същия начин в основата и се подава електропроводимият втвърдяващ се материал 6 с възбуждане в основата на високоволтови изпразвания. Енергията на изпразванията се избира обаче по такъв начин, 35 че от всяко от тях под долния край на инструмента 2 се образува взривна яма с радиус, приблизително равен на половината от диаметъра на инструмента 2. Образуването под инструмента на взривната яма улеснява 40 неговото преминаване в основата-инструмент 2 се потапя сам в основата или прониква в нея с малко усилие. За осигуряване на самопотопяне на инструмента 2 в основата величината W' на енергията от едно изпразване 45 трябва да бъде равна на

d означава максималния размер на 50 напречното сечение на инструмента, в мм, fкоефициент на здравина на основата по скалата на Протодяков.

Честотата ν , с която се осъществяват изпразванията, се избира така, че да се осигури необходимата скорост V за набиване на инструмента, изчислена по формулата

V

V ------з----- , Хц. 13

5,9 \/ W,/f

Скоростта в израза /13/ се измерва в м/час.

След достигането на дълбочина, която съответства на маркировката на заглавие на пилота в основата, се осъществява изработване на пилота, както е описано, но в посока отдолунагоре, като се повдига инструментът 2 /фиг.4/ със стъпка Ah , при което броят η на изпразванията за всяка стъпка се определя от съотношението η - exp ^r ~ κ 0,5 d) ¹⁴ като W означава енергията на едно изпразване на тази стъпка, в джаули.

По такъв начин в дадения случай изработването на пилота се осъществява от дъното нагоре, а подаването на материала и възбуждането на изпразванията при доставяне на инструмента в мястото на формиране на дъното на пилота се изпълнява само за намаляване на съпротивлението на основата при движението на инструмента надолу.

Инструментът за изработване на пилота има тръба 3 /фиг.5/ за подаване на втвърдяващия се материал и електрически разрядник с електроди 10 и 11, разположени коаксиално и насочени в посока на техните оси. Тръбата 3 се състои от няколко секции, наредени при забиване на инструмента в пилотния отвор или в основата, на фиг.5 е показан краят на долната секция на тръбата

3. Електродът 10, който е отгоре при работно положение на инструмента, е изпълнен във вид на пръстен, завит върху метална втулка 12, а електродът 11 - във вид на конус с голям ъгъл на конусонст, обърнат с върха надолу. Такова изпълнение на долния електрод 11 облекчава забиването на инструмента в основата, но не е задължително, долният електрод може да бъде направен във вид на плосък диск или пръстен. Като едно цяло с долния електрод 1I е изпълнен тоководещият прът 13, преминаващ по оста на разрядника, във вътрешността на втулката 12, и е свързан е централно жило на коаксиалния кабел 14, включен към един от изводите на генератора на токови импулси /на фигурата не е показан/. Дължината на кабела 14 трябва да бъде такава, че да осигурява потапянето на инструмента на зададена дълбочина, която съответства на височината на изработвания пилот. Пространството вътре във втулката 12, тоководещият прът 13 плътно до долния електрод 11 и свързания към пръта 13 участъка на кабела 14 са залети с изолационен материал, например полиетилен, който образува изолационен прът 15. Диаметърът на този прът 15 е по-малък от диаметъра на електрода 11, например с 8 до 10 мм, така че между електроди ата хлабина 16 е прострнството между долната челна повърхност на електрода 10 и пръстенния периферен участък на горната повърхност на електрода 11, издаден извън пръта 15.

Горният електрод 10 е заварен към края на тръбата 3, при това разстоянието на изпускателния отвор 17 на тръбата 3 до долния електрод 11 не е по-малко от стойността на междуелектродната хлабина 16. Възможно е и друго свързване на тръбата 3 с електрода 10, например тръбата 3 може да бъде завинтена в този електрод и в този случай регулирането на големината на междуелектродната хлабина 16 се осъществява чрез преместване на електрода 10, като се отдели тръбата 3 от електрода 10, с което се улеснява подготовката на инструмента за експлоатация.

Тръбата 3 е електрически свързана с екранната обвивка на коаксиалния кабел 14, включен към другия извод на генератора за токови импулси, свързан с неговия корпус. Усилията, които действат между електродите 10 и 11 при изпразванията, за да не нарушават неподвижното закрепване на тоководещия прът 13 в изолационния прът 15, е необходимо тоководещият прът 13 да има пръстеновидни издатини 18.

В долната част на тръбата 13, в близост до нейния изпускателен отвор 17, е монтиран обратен клапан 19 за предотвратяване попадането на частици от основата в тръбата 3. Тази функция вместо клапана 19 може да изпълнява козирката, прикрепена към тръбата 3 под нейния изпускателен отвор.

Електродът 10 и електродът 11 с тоководещия прът 13 са изпълнение от жилава стомана със закален повърхностен слой за намаляване на ерозията на метала от повърхността на електродите по време изпразванията.

Инструментът се разполага във вертикално положение, например в сондажен апарат /на фигурата не е показан/, като тръбата 3 се закрепва на въртящата се част на този апарат. Чрез преместване на електрода 10 по втулката 12 се установява необходимата големина на междуелектродната хлабина 16, осигуряваща преобразуването на енергията от изпразването в механична работа с най-голям кпд. При изработването на пилот в пилотен отвор инструментът се спуска в долната част на пилотния отвор, удължавайки чрез секциите тръбата 3, в зависимост от степента на спускане. След достигането на долната част на пилотния отвор кабелът 14 се включва към изхода на генератора на токовите импулси, а тръбата 3-към помпата с разтвора /на фигурата не е показана/. По тръбата 3 се подава под налягане към дъното на пилотния отвор втвърдяващият се материал и едновременно с това се включва генераторът, който подава токови импулси на електродите 10 и 11. В междуелектродната хлабина 16 се създават високоволтови изпразвания, които водят до разширяване на долния участък на пилотния отвор, запълван с втвърдяващ се материал, и до закрепване на уплътняване на основата около този участък. Според степента на формиране на участъците от пилота инструментът постепенно се повдига нагоре. Преместването на инструмента се контролира например по маркировката, нанесена на страничната повърхност на тръбата, или по рейката за подаване на въртящия се елемент на пробивния апарат.

В случаите на изработване на пилоти в основата инструментът се забива в основата на дълбочина 0,3 до 0,5 м и се оформя пилотът по аналогичен начин, като се натиска инструментът в дълбочина на основата.

На фиг.6 са представени експериментални данни, показващи изменението на здравината на основата около пилота 20, който е изработен съгласно изобретението. По хоризонталната ос на графиката е нанесено разстоянието от оста на пилота в метри, а по вертикалната осдълбочина h в метри. Както се вижда от фигура

6, около пилота 20 с образувана зона 8 от укрепена основа със здравина R на натиск от 0,4 до 1 МПа и зона от уплътнена основа, която се състои от три допълнителни зони 21,22 и 23, които мат значения на модула Е на деформация, съответно 480 МПа, 330 МПа и 310 МПа. Вляво на графиката с изобразен пилот 20 с прилежаща към него основа, е даден инженерно-геологичен разрез на площадката, на която е изработен този пилот. Слоят 24 на основата представлява пясък със средни размери с коефициент на порестост 0,75, а слоят 25 представлява дребен наситен с вода пясък / 0,72, Е=190 МПа/, слоят 26 - наситен с прах пясък /= 0,67, Е=150 МПа, ъгълът на вътрешно триене на основата е 28°, сцеплението С е 0,04 кПа/ и слоят 27дребен наситен с вода пясък със същите характеристики, както слоят 25. Под слоя 27 се намира морена. Като се съпоставят характеристиките на изходната основа с характеристиките на основата, прилежаща към пилота 20, се вижда, че носещатата способност на основата около пилота и под неговата пета се повишава от 1,5 до 3,0 пъти.

По-нататък са описани примери за реализацията на метода съгласно изобретението.

Пример 1. Изработва се участък от цилиндричен пилот с диаметър 0,3 м и височина 1 м в основа от пясък, наситен с вода, при преместване на инструмента отгоре- надолу, по начина, описан в обяснението на фигура 2. Втвърдяващият се материал е циментов разтвор.

Коефициентът К на интензивност на натрупване на необратими деформации в основата с 0,54.

Коефициентът/ , зависещ от свойствата на основата, е 0,00163.

Максималният размер на напречното сечение на инструмента е 0,09 м.

Разходът на подавания циментов разтвор е 2,3 м³/час.

Енергията на едно изпразване е 50 кДж.

Честотата на изпразванията е 1Хц.

Броят на стъпките е 14.

Размерът на стъпките е 0,071 м

Броят на изпразванията за една стъпка е 16.

Времето за формиране на участък от пилота за една стъпка е 0,0044 часа.

Времето за формиране на участък от пилота с дължина 1 м е 0,062 часа.

Пример 2. Изработване на участък от конусообразен пилот с минимален диаметър 0,3 м, височина 1 м и ъгъл на корпуса 14° в плътна пясъчно-глинена основа чрез преместване на инструмента отдолу-нагоре, както е описано при разглеждането на фиг.З и фиг.4. Втвърдяващият се материал е циментово-пясъчен разтвор.

Коефициентът К на интензивност на натрупване на необратими деформации в основата е 0,7.

Коефициентът/ , зависещ от свойствата на основата, е 0,00302.

А/ Набиване на инструмента в основа на дълбочина 1 м.

Енергията на едно изпразване е 33,34 кДж. Честотата на изпразванията е 0,18 Хц.

Силата, която се прилага към инструмента за неговото набиване, е 1 кН.

Скоростта на набиване на инструмента е 40 м/час.

Времето за набиване на инструмента е 0,025 часа.

Б/Преместване на инструмента отдолунагоре.

Енергията на едно изобретение е 50 кДж. Честотата на изпразванията е 1 Хц. Броят на стъпките е 6.

Останалите данни са нанесени в таблицата, представена по-долу.

Таблица 1

№ на стъпката	Д иаметър на пилота за дадена, дълбочина в м	Размер на стъпката, в м	Брой на изпразванията за една стъпка	Време за формиране на участък от пилота за една, стъпка в часове
0	0,3	0,13	3	8,3 х 10·
1	0,33	0,14	4	1,1 х 10³
2	0,36	0,16	5	1,4 х 10³
3	0,4	0,17	7	1,94 х 10³
4	0,44	0,19	11	3,1 х 10³
5	0,49	0,21	18	5,0 х 10 ³
6	0,84		31	8,6 х 10 ³

Пример 3. Изработване на участък от цилиндричен пилот с диаметър 0,4 м, височина 1 м на пилотен отвор с диаметър 0,13 м и дълбочина 1 м, изпълнен в глинена основа. Пилотът се изработва по начина, описан при 25 разглеждането на фиг.1.

Втвърдяващият се материал е циментовопясъчен разтвор.

Коефициентът К на интензивност на натрупване на необратими деформации в 30 основата е 0,7.

Коефициентът χ , зависещ от свойствата на основата, е 0,00302. Максималният размер на напречното сечение на инструмента е 0,09 м. Разходът на подавания циментово-пясъчен 35 разтвор е 2,02 м³/час.

Енергията на едно изпразване е 50 кДж.

Честотата на изпразванията е 1 Хц.

Броят на стъпките е 12.

Големината на стъпките е 0,087 м. 40

Броят на изпразванията в една стъпка е 16.

Времето за формиране на участъка от пилота за една стъпка е 0,0044 часа. Времето и формиране на участък от пилота с дължина 1 м е 0,062 часа. 45

Макар, че са описани варианти за осъществяване на изобретението при изработването на цилиндричен и конусовиден пилот, изобретението може да бъде използвано за изработване на пилоти с произволни форми, 50 например, пилот със стъпаловиден профил /т.е. който се състои от няколко цилиндрични участъка с различни диаметри/, които е целесъобразно да се въвеждат в основата, един или няколко слоя от която имат рязко намалена здравина, а също и на цилиндрично-конусни пилоти. Освен това, изменението на радиусите на пилота по неговата височина може да се получи не само чрез регулирането на броя на изпразванията или на честотата им, с която следват по степента на преместването на инструмента, но и чрез регулирането на енергията на отделните изпразвания. Може също така да се съчетае изменението на енергията на изпразванията с изменение на техния брой или на честотата, с която се осъществяват.

Възможността за изработването на пилоти с произволен профил в зависимост от конкретните условия за строителство позволява да се регулира носещата способност на пилота в хода на неговото изработване, в зависимост от физико-механичните свойства на основата. Благодарение на укрепването и уплътняването на основата около пилота нейната носеща способност се увеличава от 5 до 6 пъти, в сравнение с тази на набиваните пилоти, които се изработват по познатите методи.

Изобретението осигурява също така понижаване или, в случаи на изработване на пилоти в основата - изключването на загубите във връзка с пробиването на пилотен отвор, както и отпадането на необходимостта от използването на обсадни тръби, както и на глинен разтвор,

т.е. да се намали броят на операциите, да се съкрати времето за изработването на пилота.

Изобретението може да се използва при изработването на пилотни фундаменти в хода на строителството и при реконструкция на сгради и инженерни съоръжения.

Claims

Патентни претенции

1. Метод за изработване на пилот чрез подаване в зона за формиране на пилота на втвърдяващ се материал, характеризиращ се с това, че при подаването на материала /6/ в зоната за формиране на пилота в него се възбуждат високоволтови електрически изпразвания, при което зоната /7/ за подаване на материала /6/ и за възбуждане на високоволтовите електрически изпразвания се премества в дълбочина на зоната за формиране на пилота, по степента на формиране на тялото на пилота, а сумарната енергия от високоволтовото електрическо изпразване на определена дълбочина на зоната за формиране на пилота е правопропорционална на нарастването на диаметъра на съответния участък от зоната за формиране на пилота до зададения диаметър на пилота на тази дълбочина.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че втвърдяващият се материал /6/ се подава в първоначален сондажен отвор /1/, който е зоната за формиране на пилота.

3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че втвърдяващият се материал /6/ се подава непосредствено в основа, която е зона за формиране на пилота.

4. Метод съгласно претенциите 2 или 3, характеризиращ се с това, че в случай на изработване на пилот с изменящ се по височината му радиус при преместването на зоната /7/ за подаване на материала и за възбуждане на високоволтовото електрическо изпразване броят на тези изпразвания се изменя така, че на определена дълбочина на зоната за формиране на пилота броят на високоволтовите електрически изпразвания се намира в пряка зависимост от зададения радиус на тази дълбочина.

5. Метод съгласно претенциите 2 или 3, характеризиращ се с това, че в случай на изработване на пилота с изменящ се по височина радиус при преместване на зоната /7/ за подаване на материала и за възбуждане на високоволтовите електрически изпразвания честотата на следването на електрическите изпразвания се изменя така, че нейната стойност на дадена дълбочина на зоната за формиране на пилота се намира в правопропорционална зависимост от зададения радиус на пилота на тази дълбочина.

6. Метод съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че броят η на високоволтовите електрически изпразвания за определена дълбочина на зоната за формиране на пилота е определен по формулата η - exp ^r κ (X^vT-rj в която г означава зададения радиус на пилота на определена дълбочина, в м, г_о радиус на първоначалния сондажен отвор, в м, W енергия на едно високоволтово електрическо изпразване на определена дълбочина, Дж, К коефициент на интензивност на натрупване на необратими деформации в основата, χ коефициент, зависещ от свойствата на основата.

7. Метод съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че зоната /7/ за подаване на материала и за възбуждане на високоволтови електрически изпразвания се премества в дълбочина на основата, при което броят η е изпразванията на определена дълбочина е определен по формулата η - exp ^г ~ х Х&у/ в която г означава зададения радиус на пилота на определена височина в м, W енергията от едно високоволтово електрическо изпразване на определена дълбочина, м в J., К - коефициент на интензивност на натрупването на необратими деформации в основата, χ коефициент, който зависи от свойствата на основата.

8. Метод съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че зоната /7/ за подаване на материала и възбуждане на високоволтови електрически изпразвания се премества в дълбочина на основата и след достигането на дълбочина, която съответства на зададената височина на пилота, зоната /7/ за подаване на материала и възбуждане на високоволтови електрически изпразвания се премества нагоре, при това енергията W₍ на едно високоволтово електрическо изпразване при движение на зоната /7/ за подаване на материала 5 и възбуждане на високоволтови електрически изпразвания при движение надолу се определя по съотношението d³f

W, ---β Дж„ 10 ' 13,12 като d означава максимален размер на напречното сечение на инструмента, който осигурява подаването на материала и възбуждането на разрядите, в мм, f - коефициент 15 на здравина на основата по скалата Протодяков, а броят η на високоволтовите електрически изпразвания на дадена дълбочина при движение на посочената зона /7/ нагоре се определя по съотношението 20 η - exp ^гj о,5 d) като W означава енергията на едно високоволтово електрическо изпразване на дадена дълбочина при движение на зоната за подаване на материала и за възбуждане на високоволтово електрическо изпразване нагоре, в Дж., г зададен радиус на пилота на дадена дълбочина, в м, К коефициент на интензивност на натрупването на необратими деформации в основата, χ - коефициент, който зависи от свойствата на основата, d - максимален размер на напречното сечение на инструмента, осигуряващ подаването на материала и възбуждането на високоволтови електрически изпразвания, м.

9. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че при изработването на конусообразни пилоти зоната /7/ и подаване на материала и възбуждане на високоволтови електрически изпразвания се премества със стъпка Ah , определяна от съотношението

Ah - r'(l-b) sin {2arctg[(l-b)tg при r' > г 5 и Ah = r'(l-b) {2arctg[(l-b)tg -|-]J при r' < r като в - означава допустимо относително отклонение от зададения радиус на пилота, а зададения ъгъл на конуса на пилота, и г’,г” зададения радиус на пилота, съответно на предходната и последващата стъпка.

10. Инструментът за изработване на пилот, съдържащ тръбата /3/ за подаване на втвърдявания материал, характеризиращ се с това, че допълнително в края на тръбата /3/ е монтиран електрически разрядник с разположени коаксиално и разделени помежду си електроди /10,11/, първият /10/ от които е изпълнен пръстеновиден и е установен на преминаващ вътре в него изолационен прът /15/, а вторият /11 / е изпълнен закрепен на края на този прът /15/ и е свързан с тоководещия прът /13/, разположен във вътрешността на изолационния прът /15/ и включен към централното жило на коаксиалния кабел /14/, екраниращата обвивка на който е свързана към първия електрод /10/ , при което диаметърът на втория електрод / 10/ е по-голям от диаметъра на изолационен прът /15/, първият електрод /10/, е свързан неподвижно с края на тръбата /3/, на който е оформен изпускателният отвор /17/, така, че оста на първия електрод /10/ е успоредна на оста на тръбата /3/ и разсотянието от изпускателния отвор /17/ на тръбата /3/ до втория електрод /11/ е не по-малка от стойността на междуелектродната хлабина / 16/.