Способ вытрамбовывания в грунте котлованов и устройство для его осуществления

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ВЫТРАМБОВЫВАНИЯ В ГРУНТЕ КОТЛОВАНОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Авторы Пчелин Вячеслав Николаевич Чернюк Владимир Петрович Жук Василий Васильевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) 1. Способ вытрамбовывания в грунте котлованов, включающий многократный подъем по направляющей мачте трамбовки, последующее ее сбрасывание в одно и то же место и формирование в грунте, при взаимодействии с ним трамбовки, котлована, отличающийся тем, что параллельно с подъемом трамбовки производят ее раскручивание вокруг продольной оси, трамбовку сбрасывают в раскрученном состоянии, а при формировании котлована между стенками котлована и боковой поверхностью трамбовки образуют пазухи. 2. Устройство для вытрамбовывания в грунте котлованов, содержащее направляющую мачту, установленную в направляющих мачты каретку и соединенную с кареткой трамбовку в виде усеченного конуса с уширениями на боковой поверхности, отличающееся тем, что трамбовка выполнена с коническим наконечником в нижней части и соединена с кареткой с возможностью вращения вокруг продольной оси, на мачте монтирован с возможностью перемещения в ее направляющих механизм вращения, раскручивающий трамбовку при ее подъеме, а уширения расположены по образующим усеченного конуса трамбовки.(56)1350247 1, 1987.672287, 1979.1807168 1, 1993.2016960 1, 1994.01158107 , 1989.01127716, 1989. Изобретение относится к строительству и касается способов и устройств для возведения фундаментов в вытрамбованных котлованах. Известен способ вытрамбовывания в грунте котлованов, включающий многократный подъем по направляющей мачте трамбовки, последующее ее сбрасывание в одно и то же место и формирование в грунте, при взаимодействии с ним трамбовки, котлована. Реализация известного осуществляется посредством устройства для вытрамбовывания котлованов, содержащего направляющую мачту, установленную в направляющих мачты каретку и соединенную с кареткой трамбовку в виде усеченного конуса с продольными лопастями на боковой поверхности, при этом трамбовка снабжена приспособлением для отрыва от стенок и дна котлована 1. Известный способ и устройство для его осуществления обладают целым рядом недостатков, определяющих низкую эффективность вытрамбовывания котлованов вытрамбовывание котлованов сопровождается большими энергозатратами вследствие наличия значительных сил трения и сцепления по боковой поверхности и лобового сопротивления внедрению трамбовки в грунт наличие сил трения и сцепления по боковой поверхности определяет необходимость приложения к трамбовке при ее извлечении из котлована, значительных усилий и, тем самым, больших энергозатрат затрудняется попадание трамбовки при ее сбрасывании в одно и то же место, что может привести к перекосу трамбовки, возникновению значительных динамических усилий,вследствие которых устройство может выйти из строя, и повышенным энергозатратам вследствие понижения коэффициента полезного действия удара. Кроме того, известное устройство имеет сложную конструкцию приспособления для отрыва трамбовки от стенок и дна котлована, что обусловливает невысокий моторесурс трамбовки. Известен также способ вытрамбовывания в грунте котлованов, включающий многократный подъем по направляющей мачте трамбовки, последующее ее сбрасывание в одно и то же место и формирование в грунте, при взаимодействии с ним трамбовки, котлована и каналов в стенках котлована, выходящих на дневную поверхность и открытых с торца. Устройство для вытрамбовывания котлованов, осуществляющее данный способ, содержит направляющую мачту, установленную в направляющих мачты каретку и соединенную с кареткой трамбовку в виде усеченного конуса с уширениями на боковой поверхности,причем уширения расположены под углом к образующим усеченного конуса трамбовки 090 2. Благодаря устройству в стенках котлована выходящих на дневную поверхность и открытых с торца каналов посредством взаимодействующих с грунтом уширений в некоторой степени уменьшаются силы трения и сцепления по боковой поверхности трамбовки и упрощается ее конструкция по сравнению с аналогом. Однако площадь образуемых каналов составляет лишь незначительную долю от общей площади боковой поверхности трамбовки (вследствие расположения боковой поверхности под углом к продольной оси трамбовки), поэтому по-прежнему силы трения и сцепления по боковой поверхности остаются значительными, определяя высокие энерго 2 6653 1 затраты на формирование котлована и извлечение трамбовки из него. Кроме того, известные способ и устройство характеризуются значительным лобовым сопротивлением внедрению трамбовки в грунт и не обеспечивают точное попадание ее в одно и то же место при сбрасывании. В совокупности вышесказанное обусловливает низкую эффективность вытрамбовывания котлованов. Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в том,чтобы повысить эффективность вытрамбовывания котлованов за счет снижения энергозатрат и повышения точности попадания в одно и то же место. Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе вытрамбовывания в грунте котлованов, включающем многократный подъем по направляющей мачте трамбовки, последующее ее сбрасывание в одно и то же место и формирование в грунте,при взаимодействии с ним трамбовки, котлована, параллельно с подъемом трамбовки производят ее раскручивание вокруг продольной оси, трамбовку сбрасывают в раскрученном состоянии, а при формировании котлована между стенками котлована и боковой поверхностью трамбовки образуют пазухи. Для осуществления способа в известном устройстве для вытрамбовывания котлованов,содержащем направляющую мачту, установленную в направляющих мачты каретку и соединенную с кареткой трамбовку в виде усеченного конуса с уширениями на боковой поверхности, трамбовка выполнена с коническим наконечником в нижней части и соединена с кареткой с возможностью вращения вокруг продольной оси, на мачте монтирован с возможностью перемещения в ее направляющих механизм вращения, раскручивающий трамбовку при ее подъеме, а уширения расположены по образующим усеченного конуса трамбовки. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство для вытрамбовывания котлованов в момент подъема трамбовки с ее раскручиванием, общий вид на фиг. 2 - то же, в момент формирования в грунте котлована на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 на фиг. 4, 5 - варианты размещения уширений на боковой поверхности трамбовки. Способ для вытрамбовывания в грунте котлованов реализуется посредством устройства, содержащего направляющую мачту 1, каретку 2, установленную в направляющих мачты 1, и соединенную с кареткой 2 трамбовку 3. Трамбовка 3 выполнена в виде усеченного конуса 4 с заостренным наконечником 5 в нижней части. На боковой поверхности усеченного конуса 4 жестко закреплены уширения 6, которые могут быть расположены по образующим усеченного конуса 4 (фиг. 1, 2, 3) или под угломк вектору касательной скорости(фиг. 4, 5). Количество уширений 6 должно быть не менее трех, при этом они должны быть расположены в каждом из горизонтальном сечений на одинаковом расстоянии друг от друга. Трамбовка 3 соединена с кареткой 2 с возможностью вращения вокруг продольной(вертикальной) оси, для чего трамбовка оборудуется центральной штангой 7, пропущенной через каретку 2 и установленной в радиально-упорных подшипниках 8 (фиг. 1, 2). На верхний конец штанги 7 одето жестко скрепленное с ней ведомое зубчатое колесо 9, фиксирующее трамбовку 3 от продольного осевого перемещения относительно каретки 2. В направляющих мачты 1 установлена дополнительная каретка 10 с механизмом вращения, включающим двигатель 11, редуктор 12 и ведущее зубчатое колесо 13, взаимодействующее при подъеме трамбовки 3 с ведомым колесом 9. Для снижения нагрузок, передаваемых на радиально-упорные подшипники 8 и консольную часть каретки 2, трамбовка 3 выполнена с кольцевым выступом 14, опираемым на катки 15, которые насажены на прикрепленные к каретке 2 оси 16. Подъем трамбовки 3 производится посредством сцепного устройства, клещевины 17 которого взаимодействуют с грибовидным захватом 18, в виде которого выполнен верхний торец штанги 7 (по аналогии с а.с. СССР 1477838, 1989). Способ реализован следующим образом. 3 6653 1 Вначале трамбовку 3 устанавливают на грунт 19 в точке вытрамбовывания котлована 20, при этом каретка 10 упирается в каретку 2, ведущее зубчатое колесо 13 находится в зацеплении с ведомым колесом 9, а клещевины 17 сцепного устройства обхватывают грибовидный захват 18. Затем выполняют подъем трамбовки 3. После отрыва трамбовки 3 от грунта 19 или стенок и дна котлована 20 (при последующих циклах вытрамбовывания) включается механизм вращения, который производит раскручивание трамбовки 3 вокруг продольной оси параллельно с подъемом. После подъема трамбовки 3 на расчетную высоту и раскручивания до необходимой угловой скорости клещевины 17 выводят из зацепления с грибовидным захватом 18 и происходит падение трамбовки 3 вместе с кареткой 2 вниз. При этом вследствие гироскопического эффекта падение трамбовки 3 происходит вертикально (вдоль продольной оси),благодаря чему обеспечивается попадание трамбовки 3 в одно и то же место в плане. После контакта трамбовки 3 с грунтом 19 в нем, вследствие взаимодействия с трамбовкой 3, образуется котлован 20 (фиг. 2), при этом благодаря вращению трамбовки 3 и наличию конического наконечника 5 трамбовка 3 как бы вкручивается в грунт 19, что обусловливает уменьшение лобового сопротивления при внедрении трамбовки 3 в грунт 19. Кроме того, при вращении трамбовки 3 между стенками котлована 20 и боковой поверхностью усеченного конуса 4 уширениями 6 образуются пазухи 21, уменьшающие силы трения и сцепления между трамбовкой 3 и грунтом 19. Для облегчения образования пазух 21 целесообразно уширения 6 выполнить со скосами 22 по ходу вращения трамбовки 3 (фиг. 3). Параллельно с падением трамбовки 3 и формированием котлована синхронно опускают вниз сцепное устройство и механизм вращения из расчета, чтобы после полной остановки трамбовки 3 клещевины 17 вошли в зацепление с захватом 18, ведущее колесо 13 - с ведомым колесом 9, а дополнительная каретка 10 уперлась в каретку 2. После чего трамбовка 3 отрывается от стенок и дна котлована 20 и выполняется новый цикл вытрамбовывания котлована 20, причем количество циклов ограничивается моментом получения котлована 20 требуемых размеров. Наличие пазух 21 и свободный доступ воздуха ко дну котлована определяет необходимость приложения к сцепному устройству при отрыве трамбовки 3 незначительных усилий. В случае расположения уширений 6 под углом 90180 (фиг. 4) при взаимодействии уширений 6 с грунтом 19 возникает дополнительное усилие вдавливания трамбовки 3 в грунт 19, но при этом ухудшается отрыв трамбовки 3 от стенок и дна котлована 20, так как часть грунта может подняться по уширениям 6 вверх, частично заполняя пазухи 21. В случае расположения уширений 6 под углом 090 (фиг. 5) после прекращения вертикального перемещения трамбовки 3, но при продолжающемся ее вращении, уширения 6 создают подъемную силу, отрывающую трамбовку от дна котлована 20. Однако при этом теряется часть вдавливающего усилия, необходимого для формирования котлована 20. Таким образом, более предпочтительным является расположение уширений 6 по образующим усеченного конуса 4 трамбовки 3. Раскручивание трамбовки параллельно с ее подъемом и сбрасывание трамбовки с коническим наконечником в раскрученном состоянии вниз позволяет повысить точность попадания в одно и то же место и снизить энергозатраты на вытрамбовывание котлована за счет снижения лобового сопротивления внедрению трамбовки в грунт. Образование пазух между стенками котлована и боковой поверхностью трамбовки при взаимодействии уширений вращающейся трамбовки с грунтом позволяет снизить энергозатраты на формирование котлована и выемку трамбовки из котлована и требует для извлечения трамбовки меньших усилий. В совокупности, все вышесказанное позволяет повысить эффективность вытрамбовывания котлованов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 5 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.