Трамбовка для уплотнения грунта

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ТРАМБОВКА ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА(71) Заявитель Научно-исследовательское и экспериментально-проектное республиканское унитарное предприятие Институт БелНИИС(72) Авторы Лях Вадим Николаевич Сеськов Валерий Ефимович Лебедик Виктор Петрович Лобастов Николай Сергеевич(73) Патентообладатель Научно-исследовательское и экспериментально-проектное республиканское унитарное предприятие Институт БелНИИС(57) Трамбовка для уплотнения грунта, содержащая связанные с приводом с помощью приспособления и установленные одна над другой цилиндрические ступени с фиксаторами их взаимного положения, причем вторая ступень выполнена кольцеобразной относительно первой с кольцевым зазором, а приспособление для связи с приводом установлено на верхней стороне первой ступени, отличающаяся тем, что первая ступень снабжена уширением в верхней части, на нижней части первой ступени, выполненной конусообразной формы, установлено дополнительное приспособление для соединения с приводом, по внешнему контуру второй ступени выполнен выступ, имеющий в сечении Г-образную форму, а ступени выполнены с возможностью совмещения их верхних сторон в одной плоскости, причем диаметр уширения верхней части первой ступени выбран равным диаметру внутреннего контура кольцеобразной второй ступени.(56)1544 1, 1996.2029026 С 1, 1995.2088726 С 1, 1997.2005848 С 1, 1994. А 16501, 1997. А 14491, 1997. Цай Т.Н. и др. Строительные конструкции. Т. 1. Металлические, каменные, армокаменные конструкции. Конструкции из дерева и пластмасс. Основания и фундаменты. - М. Стройиздат, 1984. - С. 627. Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам для уплотнения насыпных и слабых естественных оснований фундаментов и вытрамбовки котлованов для их возведения. Как известно, наибольшее распространение при уплотнении грунта получила забивка свай в слабый грунт либо трамбовка его специальным рабочим органом, сбрасываемым с расчетной высоты. Известна трамбовка для уплотнения грунта, выполненная в виде связанных с приводом и установленных одна над другой цилиндрических ступеней с последовательно увеличивающимся диаметром и фиксаторами их взаимного положения 1. В начальной стадии трамбования, когда с грунтом взаимодействует безконсольная часть штампа (первая ступень) образуются две зоны - уплотнения и выпора. Вступление в работу консольных элементов (второй, более широкой, ступени) обеспечивает уплотнение зоны выпора и создает при ударе волну напряжений, которая накладывается на волну напряжений, создаваемуюступень. При этом увеличивается плотность и размеры уплотненной зоны грунта. Недостатком известной трамбовки является то, что повышение эффективности работы за счет увеличения глубины уплотнения грунта достигается только путем изменения массы трамбовки, увеличением количества секций или их высоты, при этом не исключается возможность образования зон выпора грунта вокруг трамбовки. По принципу ее работы эта трамбовка не отличается от обычных цилиндрических трамбовок. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является трамбовка для уплотнения грунта, выполненная в виде связанных с приводом с помощью приспособления и установленных одна над другой цилиндрических ступеней с фиксаторами их взаимного положения. Приспособление для связи с приводом расположено на верхней стороне (грани) первой ступени. Вторая ступень выполнена кольцеобразной относительно первой с кольцевым зазором и величина кольцевого зазора и ширина кольцеобразной второй ступени выбраны равными 0,2-0,3 от величины диаметра первой ступени 2. Недостатком известной трамбовки является высокая энергоемкость уплотнения, связанная с недостаточной эффективностью уплотнения грунтов, что является следствием цилиндрической формы всех ступеней трамбовки. При уплотнении грунтов известной трамбовкой происходит интенсивное засасываниеступени в грунт, что требует значительной энергии и усилий по извлечению трамбовки или уменьшения глубины лунки вытрамбовывания, что уменьшает эффективность уплотнения, так как уменьшает размер зоны уплотнения. При уплотнении грунтов известной трамбовкой уплотнение грунта в области выпора может оказаться некачественным вследствие появления новой (местной) области выпора, на этот раз от ударов о грунт самойкольцеобразной ступени. 5234 1 Наконец, при уплотнении грунтов известной трамбовкой после окончания процесса уплотнения требуется планировка и последующее поверхностное общеплощадочное уплотнение с применением специальных средств механизации (виброкатки, бульдозеры и т.п.). Это связано с тем, что при повторном вытрамбовывании лунки, т.е. втрамбовывании засыпанного в лунку песка, зона выпора значительно увеличивается и превосходит по своим размерам диаметр второй ступени, т.е. грунт полностью не уплотняется. Все это увеличивает стоимость и трудоемкость уплотнения грунтов. Предлагаемое изобретение решает задачу уменьшения энергоемкости процесса уплотнения широкого класса оснований под фундаменты, повышения его универсальности и эффективности путем уменьшения усилия извлечения трамбовки из грунта, использование ее для общеплощадочного поверхностного уплотнения оснований и улучшения качества уплотнения. Для достижения этого технического результата в трамбовке для уплотнения грунта,содержащей связанные с приводом с помощью приспособлений и установленные одна над другой цилиндрические ступени с фиксаторами их взаимного положения, причем вторая ступень выполнена кольцеобразной относительно первой с кольцевым зазором, а приспособление для связи установлено в верхней стороне первой ступени, первая ступень снабжена уширением в верхней части, на нижней части первой ступени, выполненной конусообразной формы, установлено дополнительное приспособление для связи с приводом, по внешнему контуру второй ступени выполнен выступ, имеющий в сечении Гобразную форму, а ступени выполнены с возможностью совмещения их верхних частей(сторон) в одной плоскости. Кроме того, для качественного поверхностного уплотнения диаметр уширения верхней части (стороне) первой ступени выбран равным размеру внутреннего контура кольцеобразной второй ступени. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение отличается от известного новыми признаками первая ступень трамбовки снабжена уширением в верхней части (стороне), на нижней части (стороне) первой ступени, выполненной конусообразной формы установлено дополнительное приспособление для соединения с приводом по внешнему контуру второй ступени выполнен выступ, имеющий в сечении Г-образную форму обе ступени выполнены с возможностью совмещения их верхних частей (сторон) в одной плоскости диаметр уширения в верхней части (стороне) первой ступени равен размеру внутреннего контура кольцеобразной второй ступени. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию новизна. Такое выполнение трамбовки позволяет значительно уменьшить энергоемкость и увеличить эффективность трамбования за счет уменьшения засасывающей силы (вследствие конусообразной формы нижней части первой ступени) и увеличения глубины лунки трамбования (т.е. увеличения зоны уплотнения), а также более качественного уплотнения грунта в области выпора. Выполнение дополнительного приспособления для соединения с приводом с противоположной части (стороны) первой ступени, возможность совмещения верхних частей (сторон) первой и второй ступеней в одной плоскости обеспечивает использование этой же трамбовки для поверхностного общеплощадочного уплотнения, а уширение верхней части (стороны) второй ступени, равное размеру внутреннего контура кольцеобразной второй ступени, обеспечивает качественное поверхностное уплотнение. В обнаруженной информации отсутствуют сведения о техническом результате, получаемом предполагаемым изобретением. Из уровня техники не выявлено влияние отличительных в заявляемом изобретении признаков на достижение полученного результата, что дает возможным считать изобретение отвечающим требованию изобретательского уровня. Фиг. 1 - общий вид рабочего органа. Фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1. 3 5234 1 Фиг. 3 - вид сверху. Фиг. 4 - схема взаимодействия рабочего органа с грунтом в начальной стадии уплотнения. Фиг. 5 - то же, в конечной стадии уплотнения. Фиг. 6 - то же, после засыпки лунки песком. Фиг. 7 - то же, при поверхностном общеплощадочном уплотнении. Трамбовка для уплотнения грунта состоит из первой ступени 1, которая представляет собой закрытую цилиндрическо-коническую емкость 2, заполненную в верхней части тяжелым бетоном, а в нижней забетонированными чугунными или металлическими отходами для увеличения массы и понижения центра тяжести трамбовки, выполненной конической в нижней части 3. Первая ступень выполнена с уширением 4 верхней части 1. К стенкам первой ступени 1 приварены ребра 5 (не менее 3-х штук) равномерно по ее периметру для прикрепления к ним второй ступени - кольца 6 с помощью накладок 7,приваренных к кольцу 6, и болтов 8. В ребрах просверлены отверстия 9 для регулирования высотыкрепления кольца 6. Кольцо (вторая ступень) 6 выполнено с загибом 10. Для соединения трамбовки с приводом вертикального перемещения (на чертеже не показан) имеется приспособление 11 и дополнительное приспособление 12, расположенное с противоположной стороны (т.е. на нижней стороне или части). Ширина зазорамежду первой 1 и второй 6 ступенями трамбовки и ширина а кольца 6 подбирается в зависимости от исходной плотности и вида грунта и равна 0,2-0,3 диаметра первой ступени 1 трамбовки. Трамбовка для уплотнения работает следующим образом. Трамбовка сбрасывается с расчетной высоты сбрасывания базовой машины (на чертеже не показана) и находится в постоянном зацеплении с помощью приспособления 11 с приводом вертикального перемещения (не показан). В начальной стадии уплотнения, когда с грунтом взаимодействует первая ступень 1 трамбовки, происходит уплотнение грунта, но выпора не наблюдается. При этом энергия удара достигает максимальной величины. По мере углубления лунки 1 увеличивается глубина 1 уплотненной зоны С и начинает образовываться выпор е из-под трамбовки (фиг. 4). Извлечение ступени 1 из лунки производится приводом вертикального перемещения базовой машины с помощью приспособления 11 с минимальным усилием вследствие минимального засасывания за счет конусообразной формы нижней части ступени 1. При достижении глубины 10 вступает в контакт с грузом загиб 10 кольца 6, а затем по достижении 1 и само кольцо 6 и уплотняет разуплотненный вследствие выпора грунт вокруг первой ступени 1. При этом зона уплотнения С увеличивается по вертикали и горизонтали, а загиб 10 препятствует горизонтальной сдвижке грунта в поверхностном слое, что способствует более качественному уплотнению грунта в области выпора. После вступления в работу кольца 6 удельная энергия удара значительно уменьшается и выпора грунта не наблюдается. При достижении глубины лунки около 0,6-0,7 диаметра первой ступени 1 трамбовки,образовавшаяся лунка засыпается средне- или крупнозернистым песком (в случае уплотнения слабых пылевато-глинистых грунтов) и процесс уплотнения повторяется (фиг. 6). При этом сначала уплотняется песок, засыпанный в лунку при максимальной удельной энергии удара первой ступени 1 трамбовки. В результате глубина столба песчаного грунта увеличивается на некоторую величину Н 2. Процесс повторяют требуемое число раз до достижения требуемого отказа трамбовки. Образование столбов из плотного песчаного грунта глубиной НН 2 Н увеличивает несущую способность основания и способствует ускорению фильтрационной консолидации пылевато-глинистых грунтов. Увеличение глубины зоны уплотнения происходит при последующих этапах уплотнения, когда кольцо еще не достигло контакта с грунтом и удельная энергия удара макси 4 5234 1 мальная, а грунт вокруг лунки уже достиг некоторого уплотнения. В этом случае зона уплотнения более вытянута по вертикали, а увеличение диаметра зоны уплотнения происходит вследствие вступления в работу кольца, т.е. увеличения общего диаметра трамбовки. Таким образом, происходит наложение зон уплотнения, как показано на фиг. 5. Увеличение зоны уплотнения по горизонтали позволяет увеличить шаг между точками уплотнения, который обычно равен 2,5-3, и тем самым увеличить производительность работ по уплотнению. Однако, одновременно с этим, увеличивается размер области выпора, который может достигать ,5-2. В этой связи требуется применить поверхностное общеплощадочное уплотнение. С этой целью для зацепления с вертикальным приводом базовой машины используется приспособление 12, а приспособление 11 оказывается внизу, т.е. трамбовка поворачивается в вертикальной плоскости на 180, а кольцо 6 устанавливается в крайнее верхнее положение так, чтобы поверхность уширения 4 совместилась с поверхностью кольца 6 и закрыла кольцевой зазор . После этого производится поверхностное уплотнение грунта сбрасыванием трамбовки с высоты , величина которой зависит от вида грунта и степени выпора (фиг. 7). Использование трамбовки позволяет выполнять весь комплекс технологических операций по уплотнению грунтов одним рабочим органом, в том числе вытрамбовывать котлованы для устройства набивных фундаментов, одним рабочим органом, что дает возможность использовать минимум оборудования, а эффективность уплотнения повысить и значительно снизить стоимость и энергоемкость процесса уплотнения. Конструктивно трамбовка может быть выполнена в различных вариантах, например из литого металла или с погруженными (утопленными) в тело ступени 1 приспособлениями 11 и 12 (для обеспечения качественной поверхности уплотненного грунта и предотвращения разрушения приспособления 11 и 12), или форма сечения загиба может быть конусообразной и т.п. - главное соблюдение основных технических принципов конструкции трамбовки, указанных в отличительной части формулы изобретения. Источники информации 1. А.с. СССР 1094899, МПК Е 02 Д 3/046, 1984. 2. Патент РБ 1544, МПК Е 02 Д 3/046, 1996. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6