PL240319B1 - Method and the head that enable simultaneous cement and concrete injection intended for production of the displacement piles - Google Patents

Description

PL 240 319 B1PL 240 319 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej powodujący zgęszczanie gruntu przy formowaniu pala przemieszczeniowego oraz głowica świdra do jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej.The subject of the invention is a method of simultaneous cement and concrete injection that causes soil compaction when forming a displacement pile, and a drill head for simultaneous cement and concrete injection.

W aktualnym stanie techniki znane są metody wzmacniania gruntu, zwanych również, jako pale SDP (Soil Displacement Piles), FDP (Fuli Displacement Piles) lub kolumny CMC (Controled Modulus Column). Znane metody wykonania polegają na nieudarowym formowaniu kolumn betonowych lub pali żelbetowych w gruncie.Soil strengthening methods are known in the art, also known as SDP (Soil Displacement Piles), FDP (Fuli Displacement Piles) or CMC (Controled Modulus Column) columns. Known manufacturing methods are based on non-impact forming concrete columns or reinforced concrete piles in the ground.

Znana jest również metoda wykonania pali wierconych świdrem ciągłym - CFA (Continuous Flight Auger) polega ona na wywierceniu w gruncie za pomocą świdra ślimakowego otworu do wymaganej głębokości. Wiercenie i betonowanie następuje w dwóch oddzielnych fazach, które następują bezpośrednio po sobie. Jednakże żadna ze stosowanych dotąd metod nie proponuje wraz z wykonywaniem pali przemieszczeniowych wykonywanie jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej.There is also a known method of making piles drilled with a continuous auger - CFA (Continuous Flight Auger), which consists in drilling a hole in the ground with a screw auger to the required depth. Drilling and concreting take place in two separate phases that follow one another. However, none of the methods used so far propose simultaneous injection of cement and concrete with the execution of displacement piles.

Wynalazek eliminuje ograniczenia i wady dotychczas znanych metod pozwalając na wykonywania pali przemieszczeniowych przy jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej w trakcie wykonywania pali, co pozwala wykonywać ten rodzaj pali w gruntach już zagęszczonych lub trudnozagęszczalnych. Istotą tego rozwiązania jest możliwość podawania zaczynu iniekcyjnego (cementowego - lub betonowego) lub sprężonego powietrza nie tylko przy tworzeniu (formowaniu) pala przemieszczeniowego podczas podciągania głowicy, ale równocześnie i przede wszystkim podczas zagłębiania głowicy pala w gruntach twardoplastycznych, półzwartych i zwartych, co pozwala pokonać te przeszkody i osiągnąć zakładaną długość pala. Podawanie zaczynu iniekcyjnego w trakcie wiercenia w gruntach słabonośnych, namułach, gruntach miękkoplastycznych czy luźnych pozwala na znaczną poprawę efektów zagęszczenia gruntów i uzyskuje się lepsze efekty nośności pali.The invention eliminates the limitations and disadvantages of the previously known methods, allowing the construction of displacement piles with the simultaneous injection of cement and concrete during the construction of piles, which allows for this type of piles to be made in soils that are already compacted or hard to compact. The essence of this solution is the possibility of feeding injection (cement - or concrete) grout or compressed air not only when creating (shaping) a displacement pile during lifting the head, but simultaneously and above all when driving the pile head into hard plastic, semi-compact and compact soils, which allows to overcome these obstacles and achieve the intended pile length. The injection of the injection grout during drilling in low-bearing soils, silt, soft-plastic or loose soils allows for a significant improvement in the effects of soil compaction and a better load-bearing capacity effect of the piles.

Sposób jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej powodujący zgęszczanie gruntu przy formowaniu pala przemieszczeniowego oraz głowica świdra do jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej według wynalazku pozwalają na jednoczesną iniekcję na pobocznicy, jak i pod podstawą pala.The method of simultaneous cement and concrete injection, which causes soil compaction when forming the displacement pile, and the drill head for simultaneous cement and concrete injection according to the invention allow for simultaneous injection on the sidewall and under the pile base.

Podstawową zaletą wynalazku jest to, że pozwala na przemieszczenie urobku z otworu w jego sąsiedztwo, co zapewnia wysokie zagęszczenie gruntu na pobocznicy i pod podstawą pala również w gruntach z natury niezagęszczanych lub trudnozagęszczalnych, czyli spoistych twardoplastycznych, półzwartych i zwartych oraz niespoistych średniozagęszczonych i zagęszczonych, czego dotychczas znane metody nie umożliwiają. Ponadto, w stosunku do tradycyjnych metod palowania wynalazek oferuje wpływ na poprawę parametrów otaczającego pal ośrodka gruntowego. Dogęszczenie gruntu wzdłuż pobocznicy i podstawy pala prowadzi do poprawy jego parametrów, zwiększając tym samym nośność pala. Dzięki temu następuje zwiększenie o ok. 50% siły przenoszonej przez pal, w stosunku do nominalnej średnicy pali wykonywanych tradycyjnie np. pali CFA (Continuous Flight Auger). Pozwala to na oszczędniejsze projektowanie i wykonywanie zamierzonych zadań. Korzystnym jest również to, że przemieszczenie się gruntu wokół pala powoduje również brak wynoszenia zwiercin na powierzchnię, co jest kolejną zaletą wynalazku. Brak wydobywanego urobku znacznie ogranicza zanieczyszczenie placu budowy i wpływa na oszczędności na robotach związanych z jego usunięciem i utylizacją dużych mas gruntu oraz angażowaniem do tego dodatkowych maszyn i środków transportu. Daje to również większą swobodę manewrowania na platformie wiertniczej. Korzystny jest również fakt, że bezwibracyjny oraz praktycznie wolny od hałasu proces wiercenia i formowania pala w oparciu o wynalazek pozwala na prowadzenie prac w bliskim sąsiedztwie innych budowli, co w połączeniu z szybkością wykonania oraz niskim zużyciem betonu, pozwala na zakwalifikowanie wynalazku jako przyjaznego środowisku.The main advantage of the invention is that it allows the excavated material to be moved from the hole to its vicinity, which ensures high compaction of the soil on the sidewall and under the pile base also in naturally non-compacted or hard to compact soils, i.e. cohesive hard plastic, semi-compact and compact as well as non-cohesive, medium-compacted and compacted, which the methods known so far have not been able to do. Moreover, the invention offers the effect of improving the parameters of the soil medium surrounding the pile as compared to traditional piling methods. Compaction of the soil along the side surface and the base of the pile improves its parameters, thus increasing the pile bearing capacity. As a result, the force transmitted by the pile is increased by approx. 50% in relation to the nominal diameter of piles produced traditionally, e.g. CFA piles (Continuous Flight Auger). This allows for a more economical design and execution of the intended tasks. It is also advantageous that the movement of the soil around the pile also prevents the drill cuttings from being brought to the surface, which is a further advantage of the invention. The lack of excavated spoil significantly reduces the contamination of the construction site and results in savings on the works related to its removal and utilization of large masses of soil, as well as the use of additional machines and means of transport. It also gives you more freedom to maneuver on the oil rig. It is also advantageous that the vibration-free and practically noise-free process of drilling and shaping the pile based on the invention allows for work to be carried out in close proximity to other structures, which, combined with the speed of execution and low concrete consumption, allows the invention to be classified as environmentally friendly.

Istotą sposobu jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej powodującego zgęszczanie gruntu przy formowaniu pala przemieszczeniowego jest to, że iniekt podawany jest podczas głębienia pala przez centralny przewód iniekcyjny (1) znajdujący się w centralnym trzonie rozpychającym (7), po osiągnięciu projektowanej głębokości pala następuje podawanie przez centralny przewód iniekcyjny (1) betonu, który przy pomocy specjalnej mufy iniekcyjnej (2) rozprowadzany jest do dysz iniekcyjnych (3) lub do opcjonalnych dysz iniekcyjnych (4).The essence of the method of simultaneous cement and concrete injection causing soil compaction during the shaping of the displacement pile is that the injection is fed during the penetration of the pile through the central injection line (1) located in the central pusher shaft (7), after reaching the designed pile depth, it is fed through the central Concrete injection line (1), which is distributed to the injection nozzles (3) or the optional injection nozzles (4) by means of a special injection socket (2).

Sposób oraz głowica świdra według wynalazku pozwalają wykonać dogęszczenia gruntu na pobocznicy i pod podstawą pala, poprzez rozpychanie gruntu w trakcie wiercenia lub wyciągania wiertłaThe method and the drill head according to the invention allow for soil compaction on the side surface and under the pile base by pushing the soil out during drilling or pulling out the drill

PL 240 319 B1 pod ciśnieniem z jednoczesnym wtłaczaniem betonu lub/i iniektu cementowego przez centralny przewód iniekcyjny, dyszami iniekcyjnymi na zewnątrz lub wiercenia wraz z wtłaczaniem iniektu cementowego lub sprężonego powietrza.Under pressure with simultaneous injection of concrete and / or cement injection through the central injection line, injection nozzles to the outside or drilling with injection of cement injection or compressed air.

Cel ten zostaje osiągnięty poprzez użycie głowicy świdra i centralnego przewodu w głowicy świdra do jednoczesnej iniekcji, według wynalazku, gdzie zastosowanie mają dysze iniekcyjne, w tym opcjonalne dysze iniekcyjne, wraz ze specjalnym zamocowaniem i ukształtowaniem wewnątrz głowicy instalacji iniekcyjnej.This object is achieved by using a drill head and a central conduit in a simultaneous injection drill head according to the invention, where injection nozzles are used, including optional injection nozzles, together with a special fixation and configuration inside the head of the injection installation.

Wynalazek uwidoczniony został w przykładzie wykonania na Fig. 1 oraz Fig. 2. W ramach Fig. 1 przedstawiono w sposób schematyczny rozwiązania konstrukcyjne głowicy świdra - widok głowicy świdra oraz jego przekrój wewnętrzny na Fig. 2 wraz ze schematyczną budową.The invention is shown in an embodiment in Fig. 1 and Fig. 2. Within the framework of Fig. 1, constructional solutions of the drill head are schematically presented - the view of the drill head and its internal section in Fig. 2 together with a schematic structure.

W trakcie formowania pala przemieszczeniowego grunt jest rozpychany wzdłuż pobocznicy pala oraz pod podstawą za pomocą głowicy wyposażonej w łopatki w górnej (8) oraz dolnej części (6), dysze iniekcyjne (3, 4) oraz trzon centralny (7). W ramach sposobu według wynalazku następuje równoczesne z zagłębianiem i wyciąganiem świdra (w trakcie wykonywania pala) podawanie poprzez dysze iniekcyjne głowicy (3) oraz centralny przewód iniekcyjny (1) sprężonego powietrza lub iniektu. Iniekt zaczynowy jak i sprężone powietrze doprowadzone zostają do dysz iniekcyjnych, za pomocą centralnego przewodu iniekcyjnego (1), zamocowanego wewnątrz głowicy. Odpowiedni rozdział dostarczanego do dysz iniekcyjnych, iniektu zaczynowego/sprężonego powietrza, jak również utrzymanie właściwego ciśnienia roboczego jest możliwe dzięki zastosowaniu specjalnej mufy iniekcyjnej (2).During the shaping of the displacement pile, the soil is pushed along the side of the pile and under the base by means of a head equipped with blades in the upper (8) and lower parts (6), injection nozzles (3, 4) and the central shaft (7). In the scope of the method according to the invention, simultaneous with the penetration and extraction of the drill bit (while the pile is being built), the injection of compressed air or injection through the injection nozzles of the head (3) and the central injection line (1) takes place. The starter injection and compressed air are supplied to the injection nozzles by a central injection line (1) mounted inside the head. The proper distribution of the injection / compressed air supplied to the injection nozzles, as well as the maintenance of the proper working pressure is possible thanks to the use of a special injection socket (2).

W zależności od parametrów gruntu, w którym wykonywany jest otwór, zostają dobrane odpowiednie narzędzia skrawające w postaci zębów wiertniczych mocowane wokół pilota głowicy, wzmocnione spiekami dla gruntów spoistych zwartych półzwartych, sypkich zagęszczonych, bez wzmocnienia dla gruntów pozostałych, poszerzone dla gruntów słabonośnych. W trakcie pogrążania świdra, poprzez dysze iniekcyjne głowicy świdra umiejscowione bezpośrednio nad pilotem głowicy (5), między startowym odcinkiem dolnych łopatek (6) można podawać iniekt w postaci zaczynu cementowego lub spulchniać grunt sprężonym powietrzem. W przypadku wystąpienia gruntów gruboziarnistych lub przewarstwień skalnych, w trakcie przewiercania się przez takie warstwy zastosowane zostanie sprężone powietrze, podane przez opcjonalne dysze iniekcyjne głowicy (4).Depending on the parameters of the soil in which the hole is made, appropriate cutting tools are selected in the form of drilling teeth mounted around the pilot head, reinforced with sinters for cohesive, compact, semi-compact, loose compacted soils, without reinforcement for the remaining soils, and widened for low-bearing soils. While driving the drill bit, through the drill head injection nozzles located directly above the head pilot (5), between the starting section of the lower blades (6), you can inject the cement grout or loosen the soil with compressed air. In the event of coarse-grained soils or rock layers, compressed air will be used when drilling through such layers, given by the optional head injection nozzles (4).

Głowica świdra do realizacji sposobu według wynalazku posiada zmienny skok dolnych łopatek (6), trzon centralny rozpychający o specjalnym obłym kształcie (7), jak również przeciwny kierunek łopatek w górnej części (8). Wokół pilota głowicy (5) znajdują się odpowiednio dobrane zęby wiertnicze. Bezpośrednio nad pilotem głowicy umiejscowione są dysze iniekcyjne (3). Głowica świdra według wynalazku posiada opcjonalne dysze iniekcyjne (4), mające zastosowanie w przypadku wystąpienia gruntów gruboziarnistych lub przewarstwień skalnych. Głowica posiada centralny przewód iniekcyjny (1), zamocowany wewnątrz głowicy, który służy do doprowadzania do dysz iniekcyjnych (3, 4) zarówno iniektu cementowego/betonowego, jak i sprężonego powietrza. Głowica wyposażona jest w specjalną mufę iniekcyjną (2), zapewniającą odpowiedni rozdział dostarczanego do dysz iniekcyjnych (3, 4) zaczynu/sprężonego powietrza jak również utrzymanie właściwego ciśnienia roboczego. Dysze iniekcyjne znajdują się nie tylko na pobocznicy głowicy, ale także na jej spodzie.The head of the drill bit for carrying out the method according to the invention has a variable pitch of the lower blades (6), a central thrust shaft with a special round shape (7), as well as an opposite direction of the blades in the upper part (8). There are properly selected drilling teeth around the head pilot (5). Injection nozzles (3) are located directly above the head's remote control. The drill head according to the invention has optional injection nozzles (4) for use in the case of coarse-grained soils or rock layers. The head has a central injection line (1) mounted inside the head, which is used to supply both cement / concrete injection and compressed air to the injection nozzles (3, 4). The head is equipped with a special injection socket (2), which ensures proper distribution of the grout / compressed air supplied to the injection nozzles (3, 4) as well as maintaining the proper operating pressure. The injection nozzles are located not only on the side of the head, but also on its bottom.

Przedstawiona na Fig. 1 oraz Fig. 2 głowica świdra różni się od innych świdrów zastosowaniem centralnego przewodu iniekcyjnego wraz z dyszami iniekcyjnymi (3, 4), których lokalizacja na głowicy świdra dysze iniekcyjne umiejscowione zostały nad pilotem głowicy świdra (5), między startowym odcinkiem dolnych łopatek (6), a dyszami opcjonalnymi (4) na pilocie świdra, w najbardziej optymalny sposób pozwala doprowadzić iniekt cementowy i/lub sprężone powietrze zarówno pod pilota jak i wzdłuż pobocznicy pala.The drill head shown in Fig. 1 and Fig. 2 differs from other drill bits by the use of a central injection line with injection nozzles (3, 4), the injection nozzles of which on the drill head are located above the drill head pilot (5), between the starting section the lower blades (6), and the optional nozzles (4) on the auger pilot, allow the most optimal way to bring cement injection and / or compressed air both under the pilot and along the pile side.

Zarówno zaczyn cementowy/betonowy, jak i sprężone powietrze doprowadzone zostaną do dysz iniekcyjnych (3, 4) za pomocą centralnego przewodu iniekcyjnego (1), umiejscowionego w wewnątrz głowicy (7).Both the cement / concrete slurry and compressed air will be supplied to the injection nozzles (3, 4) by means of a central injection line (1), located inside the head (7).

Głowica świdra według wynalazku charakteryzuje się zastosowaniem centralnego prze wodu iniekcyjnego (1), który umożliwia jednoczesne podawanie w trakcie wiercenia iniektu do mufy iniekcyjnej (2) i dalej do dysz iniekcyjnych (3) i (4).The drill head according to the invention is characterized by the use of a central injection line (1) which enables simultaneous injection of an injection into the injection socket (2) and further into the injection nozzles (3) and (4) during drilling.

Podobnie jak przy wierceniu można też podawać zaczyn iniekcyjny w czasie podnoszenia świdra, przez co dodatkowo ulega spulchnieniu grunt w czasie jednoczesnego podawania centralnym przewodem betonu pod ciśnieniem lub sprężonego powietrza. Wszystko to powoduje dodatkowe dogęszczenie podłoża w czasie wkręcania i podnoszenia świdra, czego konsekwencją jest zwiększenie nośności pala. Dodatkowo oprócz zagęszczenia gruntu poprzez podawanie betonu lub zaczynu iniekcyjnego, czySimilarly to drilling, the injection slurry can also be fed while lifting the drill bit, which additionally loosens the soil during the simultaneous feeding of pressurized concrete or compressed air through the central conduit. All this causes additional compaction of the substrate while screwing in and lifting the auger, which in turn increases the load capacity of the pile. In addition to soil compaction by feeding concrete or injection grout, or

Claims (6)

PL 240 319 B1 spulchnianiu gruntu w trakcie wiercenia, istnieje możliwość dodatkowego uszczelniania podłoża zastrzykami z mieszanek bentonitowo-cementowych.Due to the loosening of the soil during drilling, it is possible to additionally seal the substrate with injections of bentonite-cement mixtures. Sposób oraz głowica świdra według wynalazku umożliwiają wykonanie pali długości 14-24 m. Wynalazek będzie konkurencyjny w stosunku do typowych pali przemieszczeniowych i innych metod wykonywania pali dzięki dużej szybkości wykonania (średnio ok. 20 mb/h) oraz niskiemu zużyciu betonu.The method and the drill head according to the invention make it possible to make piles 14-24 m long. The invention will be competitive in relation to typical displacement piles and other methods of making piles due to the high speed of execution (on average about 20 mb / h) and low concrete consumption. Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej powodujący zgęszczanie grantu przy formowaniu pala przemieszczeniowego, przy zastosowaniu świdra z głowicą wyposażoną w instalacja intekcyjną, znamienny tym, że podczas głębienia pala przez centralny przewód iniekcyjny (1) podawany jest iniekt cementowy lub sprężone powietrze, po osiągnięciu projektowanej głębokości pala beton podawany jest przez centralny przewód iniekcyjny (1) i rozprowadzany przy użyciu mufy iniekcyjnej (2) do dysz iniekcyjnych (3) pod ciśnieniem lub rozprowadzany przy użyciu muf iniekcyjnych (2) i przy zastosowaniu opcjonalnych dysz iniekcyjnych (4), umiejscowionych w ruchomym pilocie głowicy świdra (5).1. The method of simultaneous injection of cement and concrete resulting in the compaction of the grant when forming a displacement pile, using a drill with a head equipped with an intection installation, characterized in that during the penetration of the pile through the central injection pipe (1), cement injection or compressed air is fed, after reaching of the projected pile depth, concrete is fed through the central injection pipe (1) and distributed using the injection muff (2) to the injection nozzles (3) under pressure or distributed using the injection couplers (2) and with the use of optional injection nozzles (4), located in the mobile drill head pilot (5). 2. Sposób według zastrz., 1, znamienny tym, że rozdzielenie dostarczanego do dysz iniekcyjnych (3) lub opcjonalnych dysz iniekcyjnych (4) iniektu lub sprężonego powietrza przeprowadza się przy użyciu mufy iniekcyjnej (2).Method according to claim 1, characterized in that the separation of the injection or compressed air supplied to the injection nozzles (3) or the optional injection nozzles (4) is carried out by means of the injection muff (2). 3. Głowica świdra do jednoczesnej iniekcji cementowej i betonowej wyposażona w instalacje iniekcyjną, dysze iniekcyjne, łopatki, trzon centralny, głowice do podawania iniektu lub powietrza, pilot, znamienna tym, że centralny trzon rozpychający (7) posiada centralny przewód iniekcyjny (1) połączony za pomocą mufy iniekcyjnej (2) z dyszami iniekcyjnymi (3) umiejscowionymi nad ruchomym pilotem głowicy (5), między startowym odcinkiem dolnych łopatek (6), oraz opcjonalnymi dyszami iniekcyjnymi (4) umiejscowionymi w ruchomym pilocie głowicy pala (5).3. Auger head for simultaneous cement and concrete injection equipped with injection installation, injection nozzles, blades, central shaft, heads for injection or air delivery, pilot, characterized in that the central pushing shaft (7) has a central injection conduit (1) connected by means of an injection socket (2) with injection nozzles (3) located above the movable pilot of the head (5), between the starting section of the lower blades (6), and optional injection nozzles (4) located in the movable pilot of the pile head (5). 4. Głowica według zastrz. 3, znamienna tym, że dysze iniekcyjne (3) i opcjonalne dysze iniekcyjne (4) usytuowane są na różnych wysokościach trzonu centralnego rozpychającego (7) i ruchomego pilota głowicy pala (5).4. The head according to claim 3. A method according to claim 3, characterized in that the injection nozzles (3) and optional injection nozzles (4) are located at different heights of the central thrust shank (7) and the movable pile head pilot (5). 5. Głowica według zastrz. 3, znamienna tym, że trzon centralny rozpychający (7) i ruchomy pilot głowicy pala (5) posiadają co najmniej 2 dysze iniekcyjne (3) oraz co najmniej 2 opcjonalne dysze iniekcyjne (4).5. The head according to claim 3. The central ejector shaft (7) and the movable pile head pilot (5) have at least 2 injection nozzles (3) and at least 2 optional injection nozzles (4). 6. Głowica według zastrz. 3, znamienna tym, że na końcu centralnego przewodu iniekcyjnego (1) umieszczona jest mufa iniekcyjna (2).6. The head according to claim An injection socket (2) is provided at the end of the central injection line (1).