Застосування маси бурової установки як статичної опори

Корисна модель відноситься до інженерної геології і може бути використана для визначення порівняльної стискальності, деформаційних характеристик і просадочності ґрунтів і гірських порід, необхідних для розрахунку основаній на стадії проектних робіт для будівництва. Дослідження порівняльної стискальності, деформаційних властивостей і просадочності ґрунтів методом спробних статичних навантажень є одним з досить добре апробірованих багаторічною практикою методів польових іспитів. Сутність його складається в іспиті ґрунтів в умовах природного залягання спробним навантаженням, переданої на них через штамп, і спостереженнях за їх стискальністю чи просадочностью. Дані цих спостережень дозволяють оцінювати деформаційні властивості ґрунтів і обчислити показники, що їх характеризують. Польові іспити ґрунтів статичними навантаженнями дозволяють одержувати найбільш достовірні значення деформаційних характеристик. В окремих випадках (уламки або ґрунти зі значним змістом уламків) даний метод із прикладних є єдиним, що дозволяє вірогідно охарактеризувати стискальність основаній. Нормативна література [СНІП 1.02.07-87] регламентує застосування даного методу іспитів для споруджень II і більш високого класу відповідальності. Для проведення іспитів статичним навантаженням найбільше часто застосовуються круглі штампи площею 1000-5000см2 (у шурфах і котлованах) і площею 600см2 (у свердловинах діаметром не менш 325мм). У процесі досвіду навантаження ведуть ступінями до стабілізації осадки штампа від кожної ступіні навантажень. Критерієм умовної стабілізації прийняте збільшення осадки штампа 0,1мм за визначений час для різних ґрунтів. Іспит проводять до навантажень, що трохи перевищують навантаження на ґрунт від спорудження. Навантаження штампа роблять тарованими вантажами чи монтується анкерна тверда конструкція при навантаженні домкратом для сприйняття реактивних зусиль, крім того, може бути використана конструкція з упором у стінки гірської виробки. Метод платформи, що навантажується, тарованими вантажами рідко застосований внаслідок нетехнологічності і причин організаційно-технічних. Недоліком анкерної конструкції є різна реакція ґрунтів на впровадження анкерної палі, у ґрунти деяких видів впровадження анкерної палі практично неможливо. Для забезпечення надійного упора в стінки гірської виробки, у першу чергу, необхідно достатнє заглиблення завзятої конструкції. Інакше можлива деформація стінок. Таким чином, іспит ґрунтів штампом у шурфах, шахтах унаслідок вищевказаних причин, а також високої вартості і високої трудомісткості носять разовий, крапковий характер. Відносно недорогі методи іспитів ґрунтів штампом у свердловинах великого діаметра масового застосування не мають. Причинами є слабко вирішені задачі технологічної проходки свердловин із зачищенням забою, погашення реактивних зусиль, що виникають при додатку тиску на штамп. Крім того, вищевказані методи є специфічними для конкретних умов проведення іспитів, тобто відсутня універсальність, яка дозволила б одним методом проводити іспити в різних ґрунтових умовах. Гостро назріла необхідність мобільного, технологічного проведення досвідчених іспитів для різних ґрунтових умов, наприклад, ґрунтів у різних, особливо складних (гірських, забудованих) умовах, може зважуватися за допомогою використання бурової техніки, без якої інженерно-геологічні вишукування практично нездійсненні. У зв'язку з вищевикладеним стає ясної актуальність корисної моделі, що заявляється, яка вирішує задачу проведення недорогих і якісних іспитів ґрунтів штампом у свердловинах великого діаметра, котлованах, відкритих гірських виробках (розчищеннях, канавах, шурфах) і на поверхні масиву ґрунту. Відомий "Пристрій для проведення іспитів гірських порід методом спробних статичних навантажень" [В.Д. Ломтадзе. Інженерна геологія. Ленінград, "Надра", 1978р., с.157-168, мал.IV-19a], що включає стійку зі штампом, встановлені в шурфі, платформа з тарованими вантажами, з'єднана зі стійкою, а також індикатори годинного типу. Недоліками відомого пристрою є необхідність проходки шурфу, необхідність наявності вантажу для створення статичного навантаження близько 12,5-25тн, трудомісткість підготовчих робіт, громіздкість устаткування і велика вартість проведення іспитів. Відомий "Пристрій для проведення іспитів гірських порід методом спробних статичних навантажень" [В.Д. Ломтадзе. Інженерна геологія. Ленінград, "Надра", 1978р., с.157-168, мал.IV-19б], що включає похилі упори встінки шурфу, штамп, встановлений у шурфі, гідравлічний домкрат, з'єднаний з упорами, а також прогиноміри. Навантажують штамп статичним навантаженням за допомогою гідродомкрата з упором у бічні стінки шурфу і фіксують осадки штампа. Недоліками використання конструкції НІІОСП є: - необхідність проходки й облаштованості шурфу достатньої глибини для надійного упора в стінки шурфу; - необхідність наявності масивних домкратів і упорів для створення статичного навантаження близько 12,5-25тн; - трудомісткість підготовчих робіт, громіздкість устаткування і велика вартість проведення іспитів. Відомий "Пристрій для проведення іспитів гірських порід методом спробних статичних навантажень" [В.Д. Ломтадзе. Інженерна геологія. Ленінград, "Надра", 1978р., с.157-168, мал.IV-19в], що включають стійку зі штампом, встановлені в шурфі, гідравлічний домкрат, що упирається у ферму, розташовану на двох анкерних палях, а також прогиноміри. Навантажують штамп статичним навантаженням за допомогою гідродомкрата з упором у ферму і фіксують осадки штампа. Недоліками відомої конструкції Інституту Госстроя БССР є необхідність проходки шурфу, складність, низька ефективність і не універсальність анкерного пристрою, низька технологічність, трудомісткість підготовчих робіт, громіздкість устаткування і велика вартість проведення іспитів. Відома "Автоматизована установка IC і А АН БССР для іспитів ґрунту в свердловинах" [Г.К. Бондарик, І.С. Комаров, B.I. Ферронский. Польові методи інженерно-геологічних досліджень. М., "Надра", 1967р., с.135-138, мал.34], що включають стійку зі штампом, встановлені в шпарі, гідравлічний домкрат з упором у ферму, розташовану на двох анкерних палях, а також автоматичний пристрій. Навантажують штамп за допомогою гідродомкрата з упором у ферму статичним навантаженням ступінями до стабілізації осадків від кожної ступіні навантаження і фіксують осадки штампа. Недоліками відомої установки є складність, низька ефективність і не універсальність анкерного пристрою, низька технологічність, трудомісткість підготовчих робіт, громіздкість устаткування. Відома "Установка для іспитів ґрунтів спробним навантаженням у свердловине" [Довідник по інженерній геології, отв. редактор М.В. Чурінов, М., "Надра", 1981р., с.167-170, мал.36], що включають стійку зі штампом, встановлені в свердловине, гідравлічний домкрат, що упирається у ферму, розташовану на двох анкерних палях, а також динамометр. Навантажують штамп за допомогою гідродомкрата з упором у ферму статичним навантаженням ступінями до стабілізації осадків від кожної ступіні навантаження і фіксують осадки ґрунту. Недоліками відомої установки є складність, низька ефективність і не універсальність анкерного пристрою, низька технологічність, трудомісткість підготовчих робіт, громіздкість устаткування. Відома "Установка для іспитів ґрунту статичним навантаженням" [Авт. св. СРСР №367363, МПК G01N3/42, бюл. №8, 1973р.], що включає загвинчування в ґрунт гвинтового штампа одночасно з анкерною палею, зв'язаної з навантажувальною штангою. Ця штанга передає момент, що крутить, від бурової установки типу УГБ-50м. Потім за допомогою гідродомкрата навантажують гвинтовий штамп. Далі за допомогою вимірювального пристосування фіксують осадки штампа. Недоліком відомого пристрою є вкрай обмежена область застосування. Аналіз відомих способів, пристроїв і установок для проведення статичних іспитів ґрунтів штампом дозволяє установити, що у всіх пристроях і способах для одержання статичного навантаження на штамп використовується або маса вантажу, або упор у траверсу, установлену на гвинтових палях, або упор у стінки шпуру, або упор у стінки гірського вироблення. Відомо також, що для проведення геологічних досліджень, як правило, використовується бурова установка, що має масу близько 8-15тн. Однак у всіх відомих випадках її використання обмежується, в основному, процесом буріння свердловин. Крім того, бурова установка використовується як платформа для розміщення бурового устаткування й інструмента. Однак дотепер невідоме використання маси спорядженої бурової установки у якості статичної опори, що забезпечує сприйняття реактивних зусиль при створенні тиску на штамп. Задачею корисної моделі є розширення можливостей бурової установки з досягненням технічного результату - спрощення пристрою для проведення статичних іспитів ґрунту. Поставлена задача досягається тим, що в "Опорі для статичних іспитів ґрунтів у шпарі", масу бурової установки використовують у якості статичної опори, що забезпечує сприйняття реактивних зусиль при створенні тиску на штамп. Сутність корисної моделі полягає в тому, що для створення статичної опори при статичних іспитах ґрунтів використовують масу бурової установки для компенсації реактивних зусиль від тиску штампа на ґрунт. Технічний результат, який досягається, полягає в спрощенні пристрою для проведення статичних іспитів ґрунту. Між суттєвими ознаками технічного рішення, що заявляється, і досягаємого з їхньою допомогою технічним результатом існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Дійсно, досягнення зазначеного вище технічного результату - спрощення пристрою для проведення статичних іспитів ґрунту - можливо при використанні маси бурової установки у якості статичної опори, що забезпечує сприйняття реактивних зусиль при створенні тиску на штамп, тому що при цьому виключається необхідність у наявності маси вантажу близько 4тн, а також не потрібний упор у траверсу, установлену на гвинтових палях і здатну витримати реактивне зусилля навантаженого штампа, що складає близько 4тн. Сутністю корисної моделі є максимальне використання можливостей самохідної бурової техніки для комплексного рішення дослідницьких задач, наприклад, для іспиту ґрунтів вертикальним статичним навантаженням за допомогою штампа площею 600см2 у свердловинах і площею 600-2500см - на дні відкритих гірських вироблень або на поверхні масиву ґрунту, зі сприйняттям реактивних зусиль масою бурової установки. Споряджена самохідна бурова установка типу УРБ, ЛБУ, УГБ має масу 8-15т. У робочому положенні при піднятій щоглі 2/3 маси приходяться на кормову частину установки. До приклада для створення тиску 5кГс/см2 на штамп площею 600см2 досить 3т. Таким чином, сприйняттям реактивних зусиль кормовою частиною бурової установки зважується одна з основних задач іспитів ґрунтів статичним навантаженням. Доцільно й економічно вигідне використання маси бурової установки для сприйняття реактивних зусиль у випадку щодо швидких стабілізацій осадки штампа при іспиті. У випадках передбачуваного тривалого проведення досвіду для сприйняття реактивних зусиль, що виникають при додатку тиску на штамп, можливе застосування будь-який незатребуваної на даний момент важкої техніки, аж до вантажного причепа. Створення тиску на штамп здійснюється модифікованим автомобільним гідродомкратом. Модифікація полягає в з'єднанні нагнітального каналу робочої камери домкрата через технологічний отвір з манометром за допомогою різьбового штуцера-переходника. Проведений заявником аналіз рівня техніки, що включає пошук по патентних і науково-технічних джерелах інформації, з виявленням джерел, що містять інформацію про аналоги технічного рішення, яке заявляється, дозволяє установити, що заявником не виявлені аналоги, ідентичні корисної моделі, яка заявляється. Тому можна затверджувати, що корисна модель, яка заявляється, відповідає умові охороноздатності за критерієм "новизна". Крім того, корисна модель промислове застосовна, тому що технічне рішення, яке заявляється, дозволяє використовувати його при іспиті ґрунтів статичними навантаженнями для визначення порівняльної стискальності, деформаційних характеристик і просадочності ґрунтів і гірських порід, необхідних для розрахунку основаній на стадії проектних робіт для будівництва. Можливість здійснення корисної моделі, яка заявляється, підтверджується описом, що нижче приводиться, його практичної реалізації й ілюструється кресленнями. На Фіг.1 показана обща схема іспитів із застосуванням бурової установки типу УРБ, ЛБУ, а на Фіг.2 показаний пристрій для проведення іспитів ґрунтів штампом. Сутність технічного рішення, що заявляється, полягає в наступному. Метою корисної моделі, що заявляється, є максимальне використання можливостей самохідної бурової установки 1 для комплексного рішення дослідницьких задач - у даному випадку - для іспиту ґрунтів 2 вертикальним статичним навантаженням. Іспит ґрунтів 2 статичними навантаженнями для визначення порівняльної стискальності, деформаційних характеристик і просадочності ґрунтів і гірських порід розглянемо на прикладі іспитів у свердловині 3 штампом 4 площею 600см2. Для здіснення опиту зі сприйняттям реактивних зусиль буровою установкою, необхідною умовою є максимально можливе разгружение ресор заднього моста. Отже перед бурінням установка максимально "вичавлюється" на опорних лапах 5 щогли 6. Буріння свердловини 3 виробляється масою ведучою штангою-квадрата чи обертача без додаткового тиску на вибій [установки УРБ2.5А, УРБ2А-2]. В установках ЛБУ, УГБ можлива додаткова незначна подача внаслідок малої ваги обертача. У процесі буріння (за винятком рейсів визначення щільності ґрунту й останнього перед опитом рейса) виробляється підлив малими дозами води, або водяного розчину КМЦ для зміцнення стінок свердловини 3. Дискретна, точна фіксація углубки рейса "всуху" дозволить додатково поінтервально визначати щільність ґрунту польовим методом. По закінченні углубки останнього перед опитом рейса розраховують вагу бурового снаряда для коректного визначення початкової робочої ступіні тиску в передбачуваному опити. Спуск штампа 4 на колоні труб 7 роблять із застосуванням при устьового центруючого пристрою 8. Мала площа опорної частини штока 9 гідродомкрата 10 забезпечує осесиметричніть переданого навантаження. Далі за допомогою муфти 11 і реперної системи 12 з'єднують штамп 4 із прогиномірами 13. Потім у допомогою гідродомкрата 10 створюють тиск штампа 4 на ґрунт 14 свердловини 3, при цьому опорна частина штока 9 гідродомкрата 10 упирається в підставу платформи 15 бурової установки 1. Наступні операції по проведенню досвіду освітлені в технічній літературі і регламентовані [ДСТУ Б В.2.1-7-2000.] Приклад Підприємство "Пост-Арх", замовник ТОВ "Професіонал" (м. Сімферополь). Договір № 01-06 "Звіт про інженерно-геологічні іспити для будівництва багатоповерхового житлового будинку по вул. Треньова в м. Сімферополеві". На об'єкті виконані два іспити грунтів статичним навантаженням штампом площею 600см у свердловинах діаметром 335мм на глибині закладення фундаменту 5м. Для цього самохідною буровою установкою УРБ2,5А масою 13,5тн за допомогою колонкового забурника з механічним виштовхувачом бурили опитні свердловини глибиною по 5,0м. Перед початком буріння для забезпечення твердої стійкості бурової установки провели розвантаження ресор заднього моста вигвинчуванням упорних лап щогли установки. Буріння робили короткими (по 30-35см) рейсами з порціонним (0,5-1,0л) подливом води на рейс. Останні два рейси до проектної відмітки бурилися всухую. При підйомі останнього рейса зробили огляд забійної частини керна в забурнике. При огляді забійна частина керна в забурнике зафіксована рівна, "пришліфована", отже, відпала необхідність у додатковому зачищенні і вирівнюванні забою свердловини. Кольматация і пришліфовка частими рейсами стінок свердловини дозволили проводити опит без попередньої обсадки. У якості стійки, яка передає навантаження на штамп, використовувалися дві обсадні бурові труби довжиною по 2,8м діаметром 219мм, з'єднаних муфтою, що представляють собою колону. Колона зі штампом акуратно з використанням приустьевого центруючого пристрою, опустили на забой свердловини, посиланий дрібним кварцовим піском товщиною 0,5-1,0см. При ослабленому тросі лебідки колону зі штампом двічі провертали навколо осі для забезпечення щільного прилегання штампу. По звільненні колони від спускного переходника свердловину закрили листом ДВП з отвором для труби з метою запобігання влучення в неї сторонніх предметів. Далі зробили монтаж реперної системи: муфти на надгирлову частину колони, штирів, прогиномірів і підвісили вантажі з тросиками. Далі на верх колони через металеву плиту установили 5-ти тонний автомобільний модифікований домкрат з манометром. Висуванням штока домкрата і легким упором через підкладки в нижню частину ротора установки коректували осьову симетричність передбачуваного навантаження. Потім робили виставляння прогиномірів на нуль. По нормативах визначили ступіні створюваного тиску - 0,5кГс/см2. За першу ступінь тиску обчислене навантаження в 1,0кГс/см2 з урахуванням напруг ґрунту від власної ваги і маси опитного устаткування. Далі проводили східчасте (по 0,5кГс/см2 у перерахуванні на площу штампа) навантаження колони зі штампом до 6,0кГс/см2 з витримкою за часом і фіксацією показань згідно [ДСТУ БВ.2.1-7-2000 ДСТ 2027699]. Досвід завершили створенням тиску штампа на ґрунт у 6,0кГс/см. Нерухомість платформи, підтверджена візуально і стійкими показаннями прогиномірів, показала можливість використання маси бурової установки у якості статичної опори при штампових іспитах. Таким чином, з огляду на усе вищевикладене, можна зробити висновок, що задача, поставлена в дійсній корисній моделі - розширення можливостей бурової установки - виконана з досягненням технічного результату - спрощення пристрою для проведення статичних іспитів ґрунту.