RU2786081C1 - Method for installation of screw pile in permafrost soils and helical screw for implementation of method - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to the field of construction of buildings and structures in areas with complex engineering and geocryological conditions, namely to a method for installation of screw piles in permafrost soils and a helical screw. The method for installation of a screw pile in permafrost soils includes drilling of a well with excavation of the soil by means of a drilling mechanism containing a movable part with a trunk, a screw located on it, extraction of the movable part from the well by means of reverse rotation, installation of the screw pile. First, a cylindrical well is drilled, in which, then, thread is cut, or drilling of the cylindrical well is performed simultaneously with thread cutting. An outer diameter of thread of a screw well is not less than an outer diameter of the screw pile. When cutting thread, a rotational moment is applied to head or tail part of the trunk. The screw pile is rolled-welded with a multiturn screw blade, and cutters for thread cutting are located on at least part of a spiral flange of the screw, and at least part of the flange of the screw is made conical. Cutters are installed in such a way that a profile and a step of thread in the well correspond to a profile and a step of the screw blade of the pile. Installation of the screw pile is carried out by its screwing by thread of the screw-like well.

EFFECT: simplification of a process and reduction in time of installation of a screw pile, universalization of the process, increase in the reliability and control of installation, possibility of repairment and replacement of screw piles.

5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства зданий и сооружений в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к способу установки винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах.The invention relates to the field of construction of buildings and structures in areas with difficult engineering and geocryological conditions, and in particular to a method for installing screw piles in permafrost soils.

В последние годы винтовые сваи широко применяют для строительства как на талых, так и на многолетнемёрзлых грунтах. Применение винтовых свай в условиях многолетнемерзлых грунтов имеет серьёзные преимущества перед обычно применяемыми буроопускными сваями, а именно, быстрота установки в сложных климатических условиях, стойкость к воздействию знакопеременных нагрузок, в том числе, морозного пучения за счёт анкерования винтовой лопасти ниже зоны пучения, отсутствие «мокрых» бетонных процессов при установке и, наконец, сокращение сроков и стоимости строительства. Однако, учитывая тот факт, что многолетнемёрзлые грунты обладают очень высокой прочностью, погружение винтовых свай в такие грунты вызывает затруднения.In recent years, screw piles have been widely used for construction both on thawed and permafrost soils. The use of screw piles in permafrost conditions has serious advantages over conventional bored piles, namely, the speed of installation in difficult climatic conditions, resistance to alternating loads, including frost heaving due to anchoring of the helical blade below the heaving zone, the absence of "wet » concrete processes during installation and, finally, reducing the time and cost of construction. However, given the fact that permafrost soils have a very high strength, it is difficult to drive screw piles into such soils.

Так, известен способ, согласно которому в предварительно пробуренную лидерную скважину вставляют нижний конец ствола винтовой сваи и ввинчивают её в грунт на проектную глубину погружения винтовой лопасти в нижней части ствола. При этом, лидерную скважину бурят диаметром, равным диаметру цилиндрической части сваи. При таком погружении отсутствует лобовое сопротивление нижнего конца ствола, винтовые лопасти прорезают твёрдый мёрзлый грунт, а ствол сваи проходит через лидерную скважину без сопротивления. [Иродов М.Д. Применение винтовых свай в строительстве. Стройиздат. М., 1968. Стр. 15.]. Однако, большое трение поверхности винтовой лопасти о твердый мерзлый грунт увеличивает сопротивление завинчиванию сваи. Thus, a method is known according to which the lower end of the screw pile shaft is inserted into a pre-drilled leader well and screwed into the ground to the design depth of the helical blade in the lower part of the shaft. At the same time, the leader well is drilled with a diameter equal to the diameter of the cylindrical part of the pile. With such immersion, there is no frontal resistance of the lower end of the shaft, the helical blades cut through the solid frozen soil, and the pile shaft passes through the leader hole without resistance. [Irodov M.D. The use of screw piles in construction. Stroyizdat. M., 1968. Pp. fifteen.]. However, the large friction of the surface of the helical blade on the hard frozen ground increases the resistance to screwing the pile.

Известен способ погружения винтовой сваи, в том числе в условиях мёрзлых грунтов, согласно которому, винтовую сваю, включающую стальной трубчатый ствол с направляющим конусом и винтовой лопастью, вдавливают и одновременно ввинчивают в грунт с использованием внутреннего инвентарного ключа (RU2244065С1 МПК Е02D 5/56, 7/22, опубл. 10.01.2005, Бюлл. №1). При этом, согласно способу, при ввинчивании сваи крутящий момент на винтовую лопасть первоначально передают посредством инвентарного ключа, затем, по мере нарастания сопротивления ввинчиванию, в работу по передаче крутящего момента включают ствол сваи, при этом, не превышают установленный крутящий момент как на ключе, так и на стволе сваи. Однако такой способ установки сваи в прочных мерзлых грунтах требует больших крутящих нагрузок на ствол сваи, что может привести к разрушению ствола. Кроме того, способ требует больших энергетических затрат.A known method of immersing a screw pile, including in frozen soils, according to which a screw pile, including a steel tubular shaft with a guide cone and a helical blade, is pressed and simultaneously screwed into the ground using an internal inventory key (RU2244065C1 IPC E02D 5/56, 7/22, published on January 10, 2005, Bulletin No. 1). At the same time, according to the method, when the pile is screwed in, the torque is initially transmitted to the helical blade by means of an inventory key, then, as the resistance to screwing in increases, the pile shaft is included in the work of torque transmission, while not exceeding the set torque as on the key, and on the pile shaft. However, this method of installing piles in solid frozen soils requires large torsional loads on the pile shaft, which can lead to the destruction of the shaft. In addition, the method requires high energy costs.

В способе установки винтовой опоры в грунте по патенту RU№2117098С1, МПК Е02D 5/56, 7/22, опубл. 10.08.1998, Бюлл. №22, включающем образование по оси установки зоны ослабления и завинчивание винтовой опоры. Зону ослабления образуют путем рыхления грунта без его выноса на поверхность, причем зону ослабления в грунтах средней плотности выполняют диаметром, меньшим диаметра винтовой лопасти опоры на ее двойную ширину, а в плотных и мерзлых грунтах - диаметром, равным или превышающим диаметр винтовой лопасти на величину, равную ее двойной ширине, при этом глубину зоны ослабления принимают равной проектной глубине заложения винтовой опоры. In the method of installing a screw support in the ground according to the patent RU No. 2117098C1, IPC E02D 5/56, 7/22, publ. 08/10/1998, Bull. No. 22, including the formation of a weakening zone along the installation axis and screwing the screw support. The weakening zone is formed by loosening the soil without bringing it to the surface, and the weakening zone in soils of medium density is made with a diameter less than the diameter of the helical blade of the support by its double width, and in dense and frozen soils - with a diameter equal to or exceeding the diameter of the helical blade by an amount equal to its double width, while the depth of the weakening zone is taken equal to the design depth of the screw support.

Недостатком известного способа является то, что нарушение целостности грунта в приконтактной зоне ведет к снижению несущей способности сваи.The disadvantage of this method is that the violation of the integrity of the soil in the contact zone leads to a decrease in the bearing capacity of the pile.

Известен способ изготовления буровинтовой сваи, согласно которому специальный механизм производит бурение скважины готовой винтообразной формы с крупной резьбой, которую, затем, заполняют бетоном с установкой или без установки арматурного каркаса (RU 2220256 С2, МПК E02D 5/56, 7/22, опубл. 27.12.2003, Бюлл. №36). Механизм для бурения состоит из неподвижной, относительно грунта, во время бурения части, крепящейся на транспортном средстве, и подвижной части с редукторами и резцами для нарезки резьбы и шнеком для выемки грунта. Этот механизм позволяет бурить винтовую скважину за один проход.A known method for the manufacture of a screw pile, according to which a special mechanism drills a well of a finished helical shape with a large thread, which is then filled with concrete with or without the installation of a reinforcing cage (RU 2220256 C2, IPC E02D 5/56, 7/22, publ. December 27, 2003, Bull. No. 36). The drilling mechanism consists of a fixed part, relative to the ground, during drilling, mounted on a vehicle, and a movable part with gearboxes and cutters for threading and an auger for excavation. This mechanism allows you to drill a screw hole in one pass.

К недостаткам известного способа относится сложность контроля качества сваи при застывании бетона: возможны возникновения каверн, пустот, наплывов, которые снижают прочностные характеристики сваи; возможно также разрушение скважины за счет подвижек грунта до завершения процесса застывания сваи. Кроме того, способ достаточно сложный, трудоемкий, требует больших временных затрат. Известный способ выбран в качестве ближайшего аналога предлагаемого способа установки винтовой сваи в многолетнемерзлых грунтах.The disadvantages of the known method include the difficulty of controlling the quality of the pile during the solidification of concrete: caverns, voids, sagging are possible, which reduce the strength characteristics of the pile; it is also possible to destroy the well due to soil movements before the completion of the pile solidification process. In addition, the method is quite complicated, time-consuming, time-consuming. The known method is chosen as the closest analogue of the proposed method for installing screw piles in permafrost soils.

Из уровня техники известен шнековый бур для вращательного бурения скважин в грунтах с твердыми включениями, в вечномерзлых и в грунтах с сезонным промерзанием (RU 2485277 С2, МПК Е21В10/44, опубл. 20.06.2013, Бюлл. №17). Бур включает вал, шнековый корпус с шарнирно закрепленными заслонками, буровые сменные резцы, установленные в горизонтальной плоскости по ступенчатой схеме под некоторым углом друг к другу, пилот-забурник. Такая конструкция обеспечивает уплотнение стенок скважины и осевую устойчивость при бурении в сложных неоднородных грунтах. The prior art auger drill for rotary drilling of wells in soils with solid inclusions, in permafrost and in soils with seasonal freezing (RU 2485277 C2, IPC E21V10/44, publ. 20.06.2013, Bull. No. 17). The drill includes a shaft, an auger body with hinged shutters, drilling replaceable cutters installed in a horizontal plane in a stepped pattern at an angle to each other, a pilot bit. This design provides sealing of the borehole walls and axial stability when drilling in complex heterogeneous soils.

Размещение резцов на шнеке преследует цель экономичного бурения широких скважин (последовательное снятие боковых слоев грунта, резцы при этом размещают преимущественно горизонтально или разнонаправленно относительно горизонта); уравновешивание вращения бура относительно центральной оси; проходка в сложных грунтах, имеющих твердые включения, а также многлетнемёрзлых и сезоннопромерзающих грунтах. Placement of cutters on the auger pursues the goal of economical drilling of wide wells (consecutive removal of the side layers of the soil, while the cutters are placed mainly horizontally or in different directions relative to the horizon); balancing the rotation of the drill relative to the central axis; driving in complex soils with solid inclusions, as well as permafrost and seasonally freezing soils.

Известный шнековый бур используют для проходки скважин с уплотнёнными стенками.Known auger drill is used for drilling wells with compacted walls.

Наиболее близкими по совокупности признаков к буровому шнеку, используемому в настоящем изобретении, является шнековая буровая коронка (RU 2234586 C1, МПК Е21В 10/44, опубл. 20.08.2004, Бюлл. № 22), которая включает вал с забурником из резцов на конце, формирующих опережающую скважину, а вокруг вала закреплены транспортирующие ленты, образующие цилиндрическую часть шнека. Дополнительно вал снабжен конической частью шнека, кромки транспортирующих лент которого армированы резцами, причем забурник опережает коническую часть шнека таким образом, что формирует опережающую скважину цилиндрической формы. Это устройство предназначено для бурения цилиндрических скважин и решает задачу повышения эффективности бурения путем удерживания шнекового бура на заданной оси бурения и обеспечения бурения при встрече устройства с твердыми включениями пород. The closest set of features to the drilling auger used in the present invention is the auger bit (RU 2234586 C1, IPC E21B 10/44, publ. , forming a leading well, and conveying belts are fixed around the shaft, forming the cylindrical part of the screw. In addition, the shaft is provided with a conical part of the auger, the edges of the conveying belts of which are reinforced with cutters, and the bit is ahead of the conical part of the auger in such a way that it forms a leading well of a cylindrical shape. This device is designed for drilling cylindrical wells and solves the problem of increasing drilling efficiency by holding the auger drill on a given drilling axis and ensuring drilling when the device encounters solid rock inclusions.

Техническим результатом от использования настоящего изобретения будет упрощение процесса (уменьшение количества операций) и сокращение времени установки винтовой сваи, универсализация процесса (все операции выполняются на одном оборудовании), повышение надежности и контроля установки, появление возможности ремонта и замены винтовых свай.The technical result from the use of the present invention will be a simplification of the process (reduction in the number of operations) and a reduction in the installation time of the screw pile, universalization of the process (all operations are performed on the same equipment), increased reliability and control of the installation, the possibility of repair and replacement of screw piles.

Заявленный технический результат достигается тем, что предложенный способ предназначен, прежде всего, для установки прокатно-сварной винтовой сваи с многовитковой винтовой лопастью. Обычно он включает: бурение цилиндрической скважины требуемой глубины с выемкой грунта; нарезку винтовой резьбы на стенках скважины посредством механизма для бурения, содержащего подвижную часть со стволом, расположенным на нем шнеком и, размещенными на шнеке резцами для нарезки резьбы; извлечение подвижной части бурового механизма из скважины посредством обратного вращения; установку винтовой сваи посредством ее завинчивания по резьбе винтообразной скважины. Резьбу в винтообразной скважине нарезают таким образом, чтобы ее профиль и шаг соответствовали профилю и шагу винтовой лопасти сваи. Предпочтительно резьбу в скважине нарезать до забоя (дна скважины), соответственно винтовая свая при этом вкручивается на всю глубину скважины. Для осуществления способа обычно применяют стандартные прокатно-сварные винтовые сваи, выпускаемые отечественной промышленностью (например, СВС 159 мм, 219 мм, 325 мм и т.д.). Винтовая лопасть имеет прямоугольное сечение и выполняется путем наваривания на трубу спиральной ленты толщиной 8-10 мм. Лопасть может содержать 2-4 витка или более. Однако заявляемый способ не ограничивается только использованием стандартных винтовых свай, могут быть использованы сваи с любым профилем и шагом резьбы, а также количеством витков. The claimed technical result is achieved by the fact that the proposed method is intended primarily for the installation of a rolled-welded screw pile with a multi-turn helical blade. It usually includes: drilling a cylindrical well of the required depth with excavation; cutting screw threads on the walls of the borehole by means of a drilling mechanism comprising a movable part with a barrel located on it with an auger and threading cutters placed on the auger; removing the movable part of the drilling mechanism from the well by reverse rotation; installation of a screw pile by screwing it along the thread of a helical well. The thread in the helical well is cut in such a way that its profile and pitch correspond to the profile and pitch of the helical blade of the pile. It is preferable to cut the thread in the well to the bottom (bottom of the well), respectively, the screw pile is screwed in to the entire depth of the well. To implement the method, standard rolled-welded screw piles manufactured by the domestic industry are usually used (for example, SHS 159 mm, 219 mm, 325 mm, etc.). The helical blade has a rectangular cross section and is made by welding a spiral tape 8-10 mm thick onto the pipe. The blade may contain 2-4 turns or more. However, the proposed method is not limited to the use of standard screw piles, piles with any profile and thread pitch, as well as the number of turns, can be used.

Глубина винтообразных скважин для установки винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах составляет преимущественно от 2 до 10 м. Меньшая глубина бурится при строительстве легких технических сооружения, большая для установки свай в фундамент капитальных строений.The depth of helical wells for the installation of screw piles in permafrost soils is mainly from 2 to 10 m. A shallower depth is drilled during the construction of light technical structures, a larger one for the installation of piles in the foundation of capital structures.

Для уменьшения нагрузок при вкручивании винтовой сваи, предпочтительно, чтобы внешний диаметр резьбы винтовой скважины был не меньше внешнего диаметра винтовой сваи. Зазор может достигать 10 мм, обычно 3-5 мм. Как показывает практика, такой зазор в течение суток полностью нивелируется за счет подвижности грунта, и свая прочно фиксируется по месту установки.In order to reduce the loads when screwing in the screw pile, it is preferable that the outer diameter of the thread of the screw hole is not less than the outer diameter of the screw pile. The gap can reach 10 mm, usually 3-5 mm. As practice shows, such a gap is completely leveled during the day due to the mobility of the soil, and the pile is firmly fixed at the installation site.

При нарезке резьбы в скважине вращательный момент обычно прикладывают к хвостовой части ствола бурового механизма. Для скважин значительной глубины особенно в сложных грунтах в этом случае могут возникать биения ствола, приводящие к разбиванию устья скважины и порче бурового механизма. Для устранения таких случайностей на стволе в устье скважины предпочтительно размещать ограничительные кольца. Ствол имеет возможность свободно двигаться через такое кольцо в вертикальном направлении, и ограничен для смещений по горизонтали.When threading a borehole, torque is typically applied to the tail end of the borehole of the drilling machine. For wells of considerable depth, especially in difficult soils, in this case, shaft beats may occur, leading to breakage of the wellhead and damage to the drilling mechanism. To eliminate such accidents, it is preferable to place restrictive rings on the wellbore at the wellhead. The barrel has the ability to move freely through such a ring in the vertical direction, and is limited to horizontal displacements.

В другом случае ствол бурового механизма могут выполнять полым, а вращательный момент прикладывать к головной его части посредством штанги, проходящей через ствол. В этом случае ствол может изготовляться из мягких сталей.In another case, the shaft of the drilling mechanism can be made hollow, and the rotational moment is applied to its head part by means of a rod passing through the shaft. In this case, the barrel can be made of mild steels.

Грунт, срезаемый резцами для нарезки резьбы, обычно налипает на шнек. Если скважина имеет значительную глубину или грунт слишком вязкий, то после заполнения шнека грунтом, подвижная часть бурового механизма извлекается на поверхность, где шнек освобождается от грунта посредством своего раскручивания с высокими угловыми скоростями. После чего подвижная часть снова погружается в скважину и продолжается нарезка резьбы. Таких подъемов-погружений может быть несколько в зависимости от глубины скважины, состояния грунта, диаметра нарезаемой резьбы.Ground cut by thread cutters usually sticks to the auger. If the well has a significant depth or the soil is too viscous, then after filling the auger with soil, the movable part of the drilling mechanism is removed to the surface, where the auger is released from the soil by spinning at high angular velocities. After that, the movable part is again immersed in the well and threading continues. There may be several such lifts-immersions, depending on the depth of the well, the condition of the soil, and the diameter of the thread being cut.

В соответствии с настоящим изобретением проходка цилиндрической скважина может быть совмещена с одновременным нарезанием резьбы. В этом случае на головной части ствола бурового механизма обычно размещают буровую коронку, обеспечивающую вертикальный проход скважины. Удаление грунта из скважины в этом случае происходит так, как это описано выше или иным способом, позволяющим достичь заявленного технического результата. In accordance with the present invention, the drilling of a cylindrical hole can be combined with simultaneous threading. In this case, a drill bit is usually placed on the head of the drilling mechanism shaft, which provides a vertical passage of the well. Removal of soil from the well in this case occurs as described above or in another way, allowing to achieve the claimed technical result.

Для осуществления заявляемого способа установки винтовой сваи предпочтительно использовать буровой шнек, который включает вал с оконцовкой, вокруг которого расположена спиральная реборда шнека. По крайней мере, часть шнека выполнена конической, и на кромке реборды шнека установлены резцы, таким образом, что режущее усилие направлено вдоль спиральной линии реборды. Предпочтительно весь шнек выполнять коническим с конусностью от 1:5 до 1:10. Обычно он при этом содержит три полных витка. To implement the proposed method of installing a screw pile, it is preferable to use a drilling auger, which includes a shaft with an end, around which the spiral flange of the auger is located. At least part of the screw is made conical, and cutters are mounted on the edge of the screw flange so that the cutting force is directed along the spiral line of the flange. Preferably the entire screw is tapered with a taper of 1:5 to 1:10. It usually contains three full turns.

Резцы выполняют съемными и крепят посредством резцедержателей по всей длине кромки реборды. Количество резцов зависит от твердости проходимого грунта и может составлять от нескольких штук до нескольких десятков на виток. Форма резцов обычно повторяет профиль нарезаемой резьбы. Если используемая винтовая свая имеет лопасть со сложным профилем, то требуемый профиль резьбы в скважине может создавать совокупность нескольких резцов, следующих друг за другом, при этом отдельный резец нарезает лишь часть профиля. Также для нарезки резьбы может использоваться шнек, на котором размещены резцы разных видов: на первых витках расположены плоские резцы, выбирающие грунт, дальше идут конические резцы, калибрующие канавки резьбы под требуемый профиль.The incisors are removable and fastened by means of tool holders along the entire length of the edge of the flange. The number of incisors depends on the hardness of the ground to be traversed and can range from a few to several tens per turn. The shape of the cutters usually repeats the profile of the thread being cut. If the screw pile used has a blade with a complex profile, then the required thread profile in the well can be created by a combination of several cutters following each other, while a single cutter cuts only part of the profile. Also, an auger can be used for threading, on which cutters of various types are placed: on the first turns there are flat cutters that select the soil, then there are conical cutters that calibrate the thread grooves for the required profile.

Поскольку резцы располагают на коническом шнеке (сужающемся к оконцовке), то их заглубление в грунт происходит последовательно, то есть чем дальше резцы расположены от головной части ствола вдоль спиральной лопасти шнека, тем больше диаметр нарезаемой спирали. Верхние резцы нарезают окончательный профиль резьбы скважины.Since the cutters are located on a conical auger (tapering towards the tip), their penetration into the ground occurs sequentially, that is, the farther the cutters are located from the head of the trunk along the spiral blade of the auger, the larger the diameter of the cut spiral. The top cutters cut the final thread profile of the hole.

Оконцовку вала бурового механизма обычно выполняют в виде металлического острия конической или пирамидальной формы. Для одновременного бурения скважины и нарезания резьбы может быть использован буровой шнек с оконцовкой, выполненной в виде буровой коронки, размах резцов которой не меньше диаметра ствола и соответствует диаметру цилиндрической скважины. Сама конструкция коронки для вертикального бурения и способ удаления грунта, образующегося при проходке цилиндрической скважины, могут быть выбраны любыми из известного уровня техники. The end of the shaft of the drilling mechanism is usually made in the form of a metal tip of a conical or pyramidal shape. For simultaneous drilling of a well and threading, a drilling auger with a tip made in the form of a drill bit can be used, the range of the cutters of which is not less than the diameter of the trunk and corresponds to the diameter of a cylindrical well. The design of the vertical drilling bit itself and the method of removing the soil formed when driving a cylindrical hole can be selected from any of the known prior art.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами:The essence of the invention is illustrated by the following figures:

На Фиг. 1 изображена схема буровой установки с передачей вращательного усилия на хвостовую часть ствола и ограничительным кольцом в устье скважины, On FIG. 1 shows a diagram of a drilling rig with the transfer of rotational force to the tail section of the wellbore and a restrictive ring at the wellhead,

На Фиг. 2 изображена схема буровой установки с передачей вращательного усилия через штангу на головную часть ствола;On FIG. 2 shows a diagram of a drilling rig with the transfer of rotational force through the rod to the head of the shaft;

На Фиг. 3 представлен общий вид бурового шнека;On FIG. 3 shows a general view of the drilling auger;

На Фиг. 4 изображен буровой шнек вид сверху; On FIG. 4 shows a drill auger top view;

На Фиг. 5 изображен узел крепления резцов к шнековой реборде.On FIG. 5 shows the attachment point of the cutters to the screw flange.

На изображениях:On the pictures:

1one -- подвижная платформаmobile platform 22 -- буровой механизмdrilling mechanism 33 -- буровая штангаdrill rod 44 -- узел крепления attachment point 5five -- лидерная (цилиндрическая) скважинаleader (cylindrical) well 66 -- конический буровой шнекconical drill auger 77 -- винтовая сваяscrew pile 8eight -- хвостовик ствола бурового шнекаauger shaft shank 9nine -- винтовая лопастьhelical blade 1010 -- резцыincisors 11eleven -- резцедержательtoolholder 1212 -- оконцовка шнекаauger ending 1313 -- ограничительное кольцоrestrictive ring 14fourteen -- буровая коронкаdrill bit

Подвижная платформа 1 (Фиг. 1, Фиг. 2) с буровым механизмом 2 обеспечивающим вращательное и возвратно-поступательное движение буровой штанги 3 подъезжает на место установки сваи. К буровой штанге 3 посредством узла 4 крепят буровую коронку и бурят лидерную (цилиндрическую) скважину 5 под устанавливаемую сваю (Фиг. 1). В зависимости от диаметра сваи и профиля винтовой лопасти сваи 7 выбирают буровой шнек 6, который посредством узла 4 крепят к буровой штанге 3. Крепление осуществляют за хвостовик ствола 8 бурового шнека. The movable platform 1 (Fig. 1, Fig. 2) with the drilling mechanism 2 providing rotational and reciprocating motion of the drill rod 3 drives up to the pile installation site. A drill bit is attached to the drill rod 3 by means of a node 4 and a leader (cylindrical) well 5 is drilled under the pile to be installed (Fig. 1). Depending on the diameter of the pile and the profile of the helical blade of the pile 7, the drilling auger 6 is selected, which is attached to the drill rod 3 by means of the assembly 4. The attachment is carried out by the shank of the shaft 8 of the drilling auger.

После монтажа шнека его опускают в скважину 5 и, по мере погружения, им нарезают резьбу на стенках скважины. Винтовая лопасть 9 шнека 6 имеет схождение с конусностью от 1:5 до 1:10 (Фиг. 3). На ней установлены с постоянным шагом резцы 10 в резцедержателях 11 (Фиг. 4, 5). Такая конструкция позволяет: во-первых, заменять изношенные резцы 10 или подбирать требуемый профиль их режущей кромки, а во-вторых, меняя размеры резцедержателей 11, можно менять диаметр нарезаемой в скважине резьбы. Резцы 10 последовательно, начиная от головной части ствола 6 (малый диаметр шнека, сужающегося к оконцовке 12), снимают часть грунта. Верхние резцы нарезают окончательный профиль резьбы скважины. При прохождении глубоких скважин на ствол шнека в устье скважины могут надеваться ограничительные кольца 13, препятствующие возникновению биений ствола 8. Достигнув проектной отметки (забоя скважины), шнек 6 извлекают на поверхность обратным вращением. При этом кольца 13 снимаются.After mounting the auger, it is lowered into well 5 and, as it sinks, they cut threads on the walls of the well. Helical blade 9 of the screw 6 has a convergence with a taper from 1:5 to 1:10 (Fig. 3). It is equipped with a constant pitch cutters 10 in the tool holders 11 (Fig. 4, 5). This design allows: firstly, to replace worn cutters 10 or to select the required profile of their cutting edge, and secondly, by changing the dimensions of the toolholders 11, it is possible to change the diameter of the thread cut in the well. The cutters 10 successively, starting from the head of the shaft 6 (small diameter of the auger, tapering to the tip 12), remove part of the soil. The top cutters cut the final thread profile of the hole. When passing deep wells, restrictive rings 13 can be put on the auger shaft at the wellhead, preventing the beats of the shaft 8. Having reached the design mark (bottom hole), the auger 6 is removed to the surface by reverse rotation. In this case, the rings 13 are removed.

Затем в скважину погружают винтовую сваю и, достигнув зоны резьбы, начинают ее ввинчивать на максимально возможную глубину, обеспечивая тем самым ее прочность и устойчивость. После этого подвижная платформа 1 переезжает на новое место.Then a screw pile is immersed in the well and, having reached the threaded zone, they begin to screw it in to the maximum possible depth, thereby ensuring its strength and stability. After that, the movable platform 1 moves to a new location.

Цилиндрическая скважина 5 может буриться одновременно с нарезанием резьбы (Фиг. 2). В этом случае на головной части ствола 8 размещают буровую коронку 14, обеспечивающую вертикальный проход скважины. Предпочтительно ствол выполнять полым, а крепление штанги 3 для передачи вращающего момента размещают вблизи головной части шнека 6. Для эффективного бурения с одновременным нарезанием резьбы предпочтительно, чтобы скорость вращения бурового шнека 6 и буровой коронки 14 были различными. Этого можно достигнуть, например, посредством передаточного механизма, описанного в патенте РФ №2220256.Cylindrical well 5 can be drilled simultaneously with threading (FIG. 2). In this case, a drill bit 14 is placed on the head of the wellbore 8, which ensures the vertical passage of the well. Preferably, the shaft is hollow, and the torque rod 3 is placed near the head of the auger 6. For efficient drilling with simultaneous tapping, it is preferable that the speed of rotation of the auger 6 and the drill bit 14 be different. This can be achieved, for example, by means of a transmission mechanism described in RF patent No. 2220256.

Также подвижная платформа 1 с буровым механизмом 2 может быть использована для ввинчивания винтовых свай 7. Таким образом, она обеспечивает полный цикл работ, выполняемых в соответствии с заявляемым способом.Also, the movable platform 1 with the drilling mechanism 2 can be used for screwing screw piles 7. Thus, it provides a full cycle of work performed in accordance with the claimed method.

ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИIMPLEMENTATION EXAMPLES

Испытания заявленного способа установки винтовых свай производилось на сложных многолетнемерзлых грунтах с включениями ледяных линз в условиях Ямала. Для бурения использовалось четыре комплекта конусных шнеков, диаметр которых соответствовал диаметрам применяемых свай. Диаметр ствола для всех четырех шнеков был одинаков 219 мм. Диаметр реборды менялся за 4 витка от 220 до 400 мм, от 400 до 600 мм, от 600 до 700 мм и от 700 до 800 мм соответственно. На шнеке устанавливались плоские резцы в количестве 8 шт. на виток. Крепление бурового шнека осуществлялось за хвостовик ствола. Установка винтовых свай осуществлялось на глубину 6 м, 4 м, 2 м и 2 м соответственно. Проходка лидерной скважины производилось буровой коронкой с шагом 219 мм. Для каждого варианта свай испытания проводились в количестве 6 раз. Все они показали высокую скорость, энергоэффективность и надежность установки свай.Tests of the claimed method of installing screw piles were carried out on complex permafrost soils with inclusions of ice lenses in the conditions of Yamal. For drilling, four sets of cone augers were used, the diameter of which corresponded to the diameters of the piles used. The barrel diameter for all four augers was the same 219 mm. The flange diameter was changed in 4 turns from 220 to 400 mm, from 400 to 600 mm, from 600 to 700 mm and from 700 to 800 mm, respectively. Flat cutters were installed on the screw in the amount of 8 pcs. on a turn. The drilling auger was fastened by the shaft shank. Screw piles were installed to a depth of 6 m, 4 m, 2 m and 2 m, respectively. The leader well was drilled with a drill bit with a pitch of 219 mm. For each pile variant, the tests were carried out 6 times. All of them showed high speed, energy efficiency and reliability of pile installation.

Claims (5)

1. Способ установки винтовой сваи в многолетнемерзлых грунтах, включающий бурение скважины с выемкой грунта посредством механизма для бурения, содержащего подвижную часть со стволом, расположенным на нем шнеком, извлечение подвижной части из скважины посредством обратного вращения, установку винтовой сваи, отличающийся тем, что сначала бурят цилиндрическую скважину, в которой затем нарезают резьбу, или бурение цилиндрической скважины осуществляют одновременно с нарезкой резьбы, причем внешний диаметр резьбы винтовой скважины не менее внешнего диаметра винтовой сваи, при этом при нарезке резьбы вращательный момент прикладывают к головной или к хвостовой части ствола, причем винтовая свая является прокатно-сварной с многовитковой винтовой лопастью, а резцы для нарезки резьбы расположены на по крайней мере части спиральной реборды шнека и по крайней мере часть реборды шнека выполнена конической, при этом резцы устанавливают таким образом, что профиль и шаг резьбы в скважине соответствуют профилю и шагу винтовой лопасти сваи, а установку винтовой сваи осуществляют посредством ее завинчивания по резьбе винтообразной скважины. 1. A method for installing a screw pile in permafrost soils, including drilling a well with excavation by means of a drilling mechanism containing a movable part with a shaft located on it with an auger, extracting the movable part from the well by reverse rotation, installing a screw pile, characterized in that first a cylindrical well is drilled, in which a thread is then cut, or a cylindrical well is drilled simultaneously with thread cutting, and the outer diameter of the thread of the screw hole is not less than the outer diameter of the screw pile, while during threading, the torque is applied to the head or tail of the wellbore, and the screw pile is rolled-welded with a multi-turn helical blade, and the cutters for threading are located on at least a part of the spiral flange of the auger and at least part of the auger flange is conical, while the cutters are set in such a way that the profile and pitch of the thread in the well correspond toprofile and pitch of the helical blade of the pile, and the installation of the helical pile is carried out by screwing it along the thread of the helical borehole. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при приложении вращательного момента к хвостовой части ствола в устье скважины дополнительно размещают ограничительные кольца.2. The method according to claim 1, characterized in that when a torque is applied to the tail section of the wellbore, restrictive rings are additionally placed at the wellhead. 3. Буровой шнек для осуществления способа по п. 1, включающий вал с оконцовкой, вокруг которого расположена спиральная реборда шнека, по крайней мере часть которой выполнена конической, и резцы, расположенные на реборде, отличающийся тем, что резцы являются съемными и расположены по всей длине кромки реборды таким образом, что режущее усилие направлено вдоль спиральной линии реборды. 3. A drilling auger for carrying out the method according to claim 1, including a shaft with an end, around which there is a spiral screw flange, at least part of which is made conical, and cutters located on the flange, characterized in that the cutters are removable and located throughout the length of the flange edge so that the cutting force is directed along the helical line of the flange. 4. Буровой шнек по п.3, отличающийся тем, что оконцовка выполнена в виде конуса.4. Drilling auger according to claim 3, characterized in that the ending is made in the form of a cone. 5. Буровой шнек по п.3, отличающийся тем, что оконцовка выполнена в виде буровой коронки, размах резцов которой не меньше диаметра ствола. 5. Drilling auger according to claim 3, characterized in that the tip is made in the form of a drill bit, the range of the cutters of which is not less than the diameter of the trunk.

Images