автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Выбор параметров и создание навесного оборудования для пробивки скважин под набивные сваи

ШУЧНО-ПРОШВДдаЗЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНОГО И ¿ЯРСЕЙСГО

fiAÜKHOCIPOEiíl'íñ '

шю "ваиетройдоЕмп"

Ка пропах рукописи

ГРУЗИН Владимир Васильевич

УДЧ 624.131.31

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И СОЗШИЕ 11АБЕСН0Г0 ОБОРУДОВАНИЯ два ДЮШВНИ СКВАНКН под НАЕИЕННЕ сам

Специальность 05.05.04 - Доровше и строкгеяъгае «сгинз

АБТОРШ'ЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа наполнена в научкэ-прокзводатвекксм объединении йукдзкентостроекия "Союзслещукдаыектстрой".

Нгучкя.2 руководитель ~ кандидат технических нзуг

старший научный сотрудник Ерофеев Л.В.-

Официалькые оппонента - доктор технических каук,

профессор Спородинов Ы.И.

- кандидат технических наук старший научный сотрудник Льгэо Б.Г.

Ведпцая организация - трест "Гкдроспец^унда-

ментстрой"

- Задета состоится "_"_1992г. в _часов

на згссдании спсцд£х»;з;:рОЕа;и;ого совета K-I25.0I.0I в ¡¿осков-■ ско:/. иаучно-прокгЕодзтвенном объединений строительного и дорожного иоийностроекня по едресу: 123124, Посква.Ьслокапаиско соссе, д.73.

С диссертацией кожко ознакомиться в библиотек«* научно-производственного объединении строительного и дородного иагш-г построения«

Отзыь на автореферат в длух экземплярах,зааеренккй пе-чатыэ организации,проспи направлять по адресу специализирован ного совета.

Автореферат разослан "_"_1992р.

Ученый секретарь специализированного созетс, кекд.техи.нзук

П.В.Нанкрашкш

Ü ."i'Cui »•U-J!

СВЩйЯ Ш^ЕРЙСШЙ ниш гуадьность.тг;.'гЛ. При возведении гз;»киЗ и сооружения про:-ли-

лейного я гражданского назначения кз .поет устройства ёгн;»к?5Л02 приходится 7-15? скегной стсиуостй в I5-S01? ззглт? чр/д? я врсксч., Виесте с тек в $ун?»мрнтосгроении имазтсл бсяшке резерва каждения его оффективностк, снюхежи? скътной сгяи'лсгч и утутаенпя чссгаа за счрт вяедреккя багее кокструетай ¿укде1>~н-

тоз. К последним следует отгости из нзСот-кх свай на

уплотненном основании в пробит;«: скрпялюг. Примепевке :гс *люстс традицконавс хонеттукций буиджеитов гт сстеетголнсм еекэпгигои г. кз забавкнзе сзаГ; на строительна* вяя&рхах Ие&ахствт я Узбекистана позволяло сократить ка 40~о0$ скетьуп ето;гас?ь работ ^левого цикле, кг S5-7Q2 - рзгзмд б'етоьа, ка 40-о0Г> - арадгук:.. на 70-90"? - объе-к эеккчкгзс работ, на' 30-60^ - ?рудошз затрата. Опыт строительства поясаая, что гаг? яз кгввэ гне^якся с?и д.теекги недостаточно кятенешго };з--.га отсутствия в наглей страна серийных касшн и сборудегзния дата пр^кки ятшаяш под нзбизже

СЕЯИ.

Прзисвсдотгю тагах каа:ш отсутствии s»ssnep-

яой «.'"етедттхи расчета it;»tiiw?r>OB» ссюгпсаЛ ка азлочсиертгостгк гзешдеИстякя екстс«« "грушокой гдзсскв - лолэ строитель-

ного объекта - оботудтзше для. пребыла сквгягп*.

Цеяьз работы является ЕКбор ггаракстрок, создав», ягогсдо-вакие и ше;рреииб в производство сбойдезаякя для сробзыга скез-жин под набивдае сваи а разработка рекомендаций по зепгвзркой- ка-тодлко его расчета,'утагисаезей особенное?» продгсса. Язашпдей-етзия рабочего органа а .гзуктом с учетом его §орта»парякз?роа-лкди^унлцш: сквзкин я технологии производства работ из строитель-ком объекте.

Основные задачи, реиаеше в диссертации: -систематизация оборудования, прдагняекого для г.робивкк скважин, по способам, образования скваямн, конструктивкс-уу ;,,сполкс— нию и рабочим органам;

-разработка структурной схемы "грунтовой касс;«- - сваГ:кср-поле строительного объекта - базовая кашкка - рабочттй орган-логружающее оборудование - извлекающее устройство - грунтовой массив";

-установление закономерностей, характеризующих процесс взаимодействия с' гдгнтом рабочего органа для пробивки скваткин .с учетом фор® к площади его поперечного сечения и параметров лидирующих сквазшн;

-установление закономерностей, характеризующих еютецу "грунтовой массив - рабочий орган - погружающее оборудование";

-проведение экспериментальных исследований навесного оборудования дм пробивки сквакик;

-разработка эконошко-матеиатдческой модели по определению рациональной: тегакшзгиадской схемы ведения работ навесши обору ровашеи;

-разработка инженерной кетодшш выбора и расчета основных параметров. навесного оборудования;

-создание и внедрение в.-производство навесного оборудование даят пробивки скважин под набивные сваи.

Научная" новизна работа заюшчается в следующем: установлена аавонаибркогтй изменения сил сопротивления грунта погружению а ившвачйяш рабочзг« органа в зависимости от площади его гшпе-'рэчкого сеченая- к форш к с учетом параметров лидирующей екваки-ш; тал^гчеда стхс&тачеекЕе. аависшости, позволяющие определить $8ШвЩ8ЙНЛ& рй®ШЗ«$2£ гирзщкщей сквакиш; домучены аналиткчес-

кие зависимости показателей системы "грунтовой массив - рабочий орган - погружающее оборудование"; на основе разработанного алгоритма экономико-математической модели, определен уровень эффективности применения навесного оборудования для пробивки скважин на строительном объекте.

Достоверность научных положений и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждается:

-использование« апробированных результатов научных исследований процесса образования снватит уплотнением грунта в их устье, стенки и забой;

-применением методов математического моделирования процессов взаимодействия рабочего органа с грунтом, а также основных положений механики сплошной среда, теоретической механики,математики и математической статистики;..

-использованием ЭЦВМ и современной иэглерителько-регистриру-этней аппаратуры для проведения теоретических и экспериментальных исследований;

-достаточной для практических целей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на стендах и на натурных шпинах в производственных условиях.

Практическая ценность габоты заключается в разработке инженерной методики, алгоритма и программ расчета основных .параметров навесного оборудования с учетом особенностей уплотнения грунта в стенки, устье и забой скважины, параметров свайного поля строительного объекта и технологии ведения работ при проходке .* скважик под набивные сваи; в разработке республиканских строитель** них норм по механизации пробивки скважин под набивные сеэи оборудованием УКС.

Реализации габоты. По разработ&шэГ. методике хжекорного расчета произведен выбор исраие-троа навесах оСоедовзш" УКС и К!й'-1£ для пробкзхл скбёкли вор набивше сваи. Зкспершектальные образщ установок УКС-З» /КС-5 ц УКС-7 внедрены'в прогаводство при строительстве главного корцуса кераетастл в г.Теииртсу и второй очереди Куе-га-йЛгкэго завода химического волокна, а универсальное копровое оборр/£й2ащ;е лЦУ-22 - на строгаелькых объектах Т;Ю "У остройуйсвнизвци я* „ •

Лпгобзиия тиботы, Основные положения дассертапионкой работы доложены к поручали одобрение на 2-ом Всесоюзном координационной совещаний - семинаре (Владивосток, 1966); на научно-практической кок^ерзкиул "Няучно-технйческий прогресс в проектировании промышленных предприятий. Организация управления проектяым процессом" СКг.рггап/й, 19с0); ка сеп^и "Механизация" няучно-гехикческого совета ШО "Со»ася?1Йунд/!«ен'гстрэЗи (К?, тагану, 19^0); ¡¡а областной школе передового опыта "Устройство ^ундг^ентоп в гсгтрамбоганннх котлованах" (Караганде, 1990); на заседании секция НТС "иацшы, ке»шкамн, прибеги и оборудование" ШИЖШ »л. Н.У.Герсе?аиова Шоскеа, 1990); на сегаж лИашй<:и и оборудован ко для свейных. работ" ШО *ВД2£ДОШ№МВ" (Йоеава, 1991).

Публикации. Ко результатам нсследойинйй опубликованы восемь *

работ и получены пять авторских свидетельств.

На защиту еинозятся; структурная ехал "грунтовой массив -"свайное поле строительного объекта - базовая патина - рабочий орган пог{.ужаяз;ес обор/р^ание - извлекавшее устройство - гонтовой кассия"; математическая модель процесса взаимодействия рабочего органа с ггуитси с учете« 4орш рабочего органа, площади его поперечного сечения к параметров лидирующей сквакиш и результаты ее исследований; шяен&рная методика выбора и расчета рациональных нараг.строБ яидарушкх сквакин; математическая модель система

"грунтовой массив -рабочий орган - погружающее оборудование" и результаты ее исследований; экономико-математическая модель технологии производства работ оборудованием для пробивки скважин под набивные сваи и результаты ее исследований; инженерная методика выбора и расчета основных параметров оборудования для пробивки сквакин под набивные сваи.

Объем таботы. Диссертационная работа изложена на 254 страницах машинописного текста, состоит из. введения, пести глав, выводов, содержит 4 таблиц, 75 рисунков* список использованной литературы из 147' наименований и приложения- на 42. страницах.

СОДЕЕИНИЕ. РАБОТЕ Введение. Обосновывается актуальность тега^ формируется цель исследований» излагаются основные пшдаеганг». выносимые на защиту, и новые результаты, полученные й райяте.

Первая глава. Анализируется современное- газетаяние вопроса по проходке скважин под набивные сваи еущесигригдии1 способами и средствами механизации. Разработана- стщ-нтдгрная- сшш оборудования для пробивки скважин, на осноак китарой: ащгеяЕЛйны задачи* исследований и порядок их решениж»._

В практике аундАкентостроения агпшнинш под фундаменты из набивных свай проходят или с экскажщрйК-ияи: с- уплотнением околосвайного грунта. В последнем случае^ неекчаз1 способности набивных свай значительно возрастает за счес ¡рггаскения щунта э устье, стенки и забей скважин при погружении: ииванта^аоса штампа. Особенностью способа устройства скватан паж®£н дзиенты- из набивных-свай по сравнению с другими способами яшотахся? жшкпшооть про- -' бивки скважин различной конфигурации.

Обзор и анализ сузествуквкх способов пробивки: скважин и используемого для этих цэлеЯ оборудования позволили, шбрагь объект

..гследсвупиг, л качестве которого принято не веское обзтудзваниб - доиыичсскнь воздействие»- рабочего орган* уь г-г/нт.

вопрос.*»« ксследопснкя особенностей погружения в гг^к? сггГ: зогуелг, бурового инструмента, гстякпор п др. посря-г?«: *-еботн ".А. ¿«гтгг'ьеие, £>.;•;. Баловневг, ¿.Л. Балвндежского. п.К.Гересзанопа, д.И.Го^гбксва, л. С.Головачева, А.Я. Григотя., В.К „..¡моховского, Н.Г.¿омбронекого, Л.Н.Зеленина, Ь.Л.Кальнина, ¡¡.¿.Коновалова, В.П.Коноллева, В.И.кикарва, й.И.иаукрца, И.а, Недсрезова, Б.М.Ребрика, Ы.П.Суородинова, Е.А.Сорочак, о.Б.Сррсз, Д.И.Пора и др. процесс деформации грунтов под воздействие;.' на кк; рабочих органов изучали Абелеэ, А.К.Бируля, Л.к.Еобылез, НЛ Бошинин, Н.Юшукец, Н.л.Угьяпов, Н.Я.Харута и др. Сбзср результатов исследований показал, что по спецгфтке взаимодействия рабочих органов с грунтован кассовом накоплен значительна унте риал, однако конкретике рекс(/г-ндоцяи по инженерной гртоднк- рр счета основных параметров незесксго оборудования дгг пробивки скве-чош отсутствуют.

Рабочий цикл образования скваккн гс-аго условно разделить иг три периода: передвижение базовой копинк с обору довагкеь. на ¡/ест: пробивки скваккн, погружение рабочего органа в грунт извлечр-чекие рабочего органа из образовавшейся скважины.

Передвижение навесного оборудования к мест/ пробивки сквакк ны осуществляется базовой машиной ыасссй , гтузоподьеи-

костью со скоростью и скоростям:; подъема на-

весного оборудований ^¡хн.о и рабочего органа с погружающим оборудование« ^-г.рм - На песте пробивки скважины копровую стрелу" с "рабочим- оргекои опускают на грунт за вгег.я Ъоп..р.о и устанавливают ее вертикально при поыоаи гидравлического меха-

«sot/a наведения с питанием от гидропривода базовой ¡лалины, лкио от шдовкдуалькой касяостанции с параметрами

Q* « Ри ■

После этого, 'опускают опорную площадку за вре?.'я ^с!г.азус и к ГК/Н~ ту прикладывают сил}' /"¿уд статического поркатия исполь-

зуя пгп этом з качестве ппигруза вес базовой машина. Перенесение опорной глочадхи в этот мокент врезан« составляет величину -а. г/п , что Еызывает под ней предварительное нааряъезное состояние грун-то <э &р и соответствующее еьу ^«юление его плотности ß /гр ■ Забор г.огру-'.алдего оборудования, харг.<•.¿еризуемого кассой поршня-

боГ'ка Г/1 у п высотой его падения h ff , сводится и опреде-

.1

ленки рациональной энергия единичного удара /1 ¿/¿? и частоты нанесения ударов /2 ^ .11р.ч рабочей ходе С р.х поргсгнь-боек разгоняется и за время ¿^о достигает скорости "t/y«? , при которой через тобот по голове рабочего органа накосится удар к рабочий орган погружается в грунт, Погружение рабочего органа осуществляется пр:; йзяпчйи значительна:-: еж сопротивления внедрению, зависших от параметров самого рабочего органа (углов наклона апоцем граней корпуса cL и наконечника ß ,числа граней А/ . лчгдаы староип многоугольника CL в основании наконечника, нксоты корпуса рабочего орган;'! и кассы рабочего органа П1 £ ) и «'изико-механическш; своКсти грунта ( угла внутреннего тршия грунта V ; коэффициента общей де$ор«одш грунта

¿7 у ; коэффициента относительной деформации грунта К # ; показателя степени, характеризующего процесс деформации JA ; напряжения на поверхности контакта штампа с грунтом (о ; коэф* Смшснта уплотнения грунта Кум ; плотности грунта до уплотнения рq ).Проб!ГОка скважин з грунтовом массиве производится на строительном объекте длиной L I и шриной В I .Ир» ото»:,

свайное поле может быть сформировано по разным технологическим схекаы с расстояниями между осями скважин и

НзЕлеъенке рабочего органа из скважины сопровождается также значительными усилиями, возникающими из-за упругих деформаций грунта и сил трения корпуса штампа о грунт. Выбор извлекающего оборудования связан с определением необходимого усилия /яз^ , скорости ^1(35 и времени извлечения и хода отрыва рабочего органа ¡1 о/яр -Особенности рабочего цикла навесного оборудования в процессе пробивки сквакикы рабочи/ органом обусловливают вопросы исследований, которые .определяются из анализа структурной схемы (рис.1), включающей параметры свайного поля строительного объекта, базовой машины, погружающего оборудования, извлекающего устройства, рабочего органа к характеристики грунтового массива с; установлением кекду нал прямых и обратных связей.

Вторая глава. Представлены результаты теоретических исследований процесса взаимодействия рабочего органа навесного оборудования с грунтовым массивом и определены его рациональные конструктивные параметра. Разработана инженерная методика выбора и расчета параметров лидирующих скважин.

Проходка скважин рабочим органом сопровождается уплотнением грунта в устье, стенки и забой скважины; при этом возникающие сопротивления определяются напряжениями на его поверхности. Характер изменения напряжений и деформаций грунта при взаимодействии с рабочим органом представлен зависимостью

, №

где (о -напряжение грунта на границе его контакта с рабочим органом; С^ -коэффициент общей деформации грунта; -координата любой точки поверхности _ ра бочего органа в плоскости полярных координат, ^ равна величине деформации поперечного сечения

Рис Д„ Структурная сяеиа оборудования ддк пробивки скважин под -набивные

СЕНУ

скважины; К^скВ -РаВДУС лидирующей скважины; у»! -показатель степени, характеризующий процесс деформации грунтового массива.

При погружении рабочего органа в грунт под действие« внешен сн ней нагрузки Гвозникают силы сопротивления Г ^ и Г(

нормальные к боковым поверхностям корпуса и наконечника, и силы гК гИ

трения Г2 » .Согласно расчетной схеме равновесия С1

системы " грунтовой массив - рабочий орган" и учитывая, что при погружении рабочего -органа в грунт преодолеваются нормальные реэк х?:и грунта и силы трения корпуса и наконечника, получим суммарнук силу сопротивления грунта внедрению рабочего органа Д^ ,

гН г«

Для определения значений Гу и выделим на поверхности наконечника и корцуса элементарные площадки и с!3 , на которые действугат

с/Г/ , с!г; . В общем вида

, (3)

где -нормальные контактные напряжения в грунте вокруг боковой поверхности рабочего органа.

После преобразования уравнения (2) с учетом выражений II) • и (3) подучим суммарную силу сопротивления грунта внедрению рабочего органа в лидирукгцув скважину с рамсом .Аналогично определяется сила сопротивления извлечению рабочего органа из -скважины. •

При проходке скважин под набивке сваи в плотных грунтах рекоиещуется предварительно изготавливать лидирующие скважины. Для выбора рациональных параметров лидирующей скважины из условия сохранения массы грунта с. высотой сдоя Н.1 • I и получим выражение

о а/У

где А^у -радиус вписанной окружности зоны уплотнения;

N - число граней рабочего органа; ^ ^ ^ -плотность грунта до и после уплотнения.

Преобразовав уравнение (4) с учетом коэффициента уплотнения

-г/пт

, определи« радиус лидирующей скважины шах _ _ _

Л-А --- -<5)

Шражение С5) отражает зависимость величина радиуса лидирующей скважины от параметров поперечного сечения рабочего органа и плотности грунтового мерсива.

Глубина проходки лидирующей скважины определяется из выражения р

Ши

где/¿^-высота корпуса рабочего о рта на ¡/т^д^^-глубина проходки лидиругщей скважины относительно коргуса рабочего, органа ■ с учетом углов. и е£ .

Рационалыие геометрические параметры рабочего органа были определены при минимальной энергоемкости процесса образования скважины с учетом сил» необходимых на его погружение и извлечение, и свойств грунтового пассива, Исходдае дандае для определения составных частей алгоритма математической модели принимались'с учетом диапазона изменения основных параметров рабочего органа и реальных условий применения навесного оборудования для пробивки

скважин: угол внутреннего трения грунта У* -от 14 до 22°; ко- .

» б §

эффициент общей деформации грунта 6 у -от 1,1 * 10 ДО 2,9 "10 ;

•¡окаэйтель степени JÚ -I (для глинистых грунтов от пэлутвер-да кшгкопластичкой консистенции); число граней рабочего органа /V ' -or 3 до б ; угол наклона апофемы грани корцусо рабочего органа еС к его сси - от 0 до 5°; угол наклона апофеиг грани наконечника рабочего органа к его оси - от 15 до 60°; площадь поперечного сэчения в основании наконечника рабочего органа -от 0,045 до 0,152 высота корпуса рабочего

органе -от 3 до 6 ы„ Анализ графических зависимостей

(рае.2), шлучеишзс при исследовании погружения в грунт наконечника рабочего органа, показал, что сила сопротивления его Енедре-

f Я л а '

ни» ^ при угле заострения jj =30 является минимальной при всех значениях угла внутреннего трения ^f и площади поперечного селения Ъ ^ ç • Погружение рабочего органа в лидируюпую скБаяигу позволяет уменьшить сила сопротивления его внедреншо и .извлечения, а тглске ход отрыва из образованной скважины в 1,2-1,7 pasa. Так, при коэффициенте уплотнения Кцлл -0,S5 и Яхст сиа сопротивления внедрению наконечни-

ка уменьшилась с 1,63 ' 10 4 до 1,48 *Î04 H для

\ /V =3 и с 1,54 • I04 до 1,37 • IO4 H для N =6. а сила со-

б 6

противления извлечешь корпуса- от 0,65 * 10 до 0,33'10 Н. Представлены' графические зависимости величина работы, затраченной на изготовление скЕаюжд» от угла .Анализ графиков Д^ и

/{¡¡^ показал,что величина работы, затраченной на погружение рабочего органа Âe&gz » изменяется по параболическому закону, а извлечения Ацзз ■ »по гиперболическоцу.Вследствие этого суммарная кривая, ограхащая затраты работа на проходку скважины, будет шеть шдащ^» определяющий значения рационального угла ¿C ЪЪШШШ ДЯЯ N =3 - 0,7 - 1,1 а для

¡\¡ «6 Q,6 » X,3ô<pa«S} С учетом изложенного принимаем

'М-'/3 №

Ю 45 О

Рис.2. Зависимость силы сопротивления внедрению

наконечника

¿3 от угла А

Рис.3. Зависимость работы,затраченной на'изготовление скважины, в зависимости от угла оС' при " различном числе боковых граней А/

угол Cw =1°. При изменении количества граней рабочего органа А/ от 3 до 6 работа А? уменьшается от 1,24 -I06 J- до 0,95 • 10^ рх или в 1,32 раза. 2то объясняется тек, что при равных площадях поперечного сечения рабочего органа его периметр при N =б имеет наименьшее значение, а при /V-*" 00 имеем рабочий орган с даперечщ»! сечением в виде окружности, что снижает затраты работа по тгробивяе скважин в 1,37 раза.

Трртья глава.Выполнены теоретические исследования динамической модели система "грунтовой массив - рабочий орган- погружавшее оборудование".

В соответствии с расчетной схемой динамического погружения в грунтовой массив рабочего органа навесного оборудования для пробивки скважин получаем дифференциальное уравнение

гдг fflg „X г ОС -соответственно,масса, ускорение и перемещение рабочего органа; Р^ -сила тяжести рабочего органа; F & -вертикалы«* еоетеыивазая результирующей силы сопротивления rpyt та внедрению нажоивчндаа рабочего органа; /{ £ -коэффициент

< АЦ *ca#stu

Реоекив ГyjeeifJOW (7J помоляет установить взаимосвязь uei ду параметра«« ТОГЕужзгщего оборудования, размерами рабочего оргг да и свойствами грунта, в частности, максимальную величину погружения рабочего органе к его /время движения до волной останова в гонтовой пассиве за один удар яактивной'г массы молота, энергию единичного удара молота, продолжительность погружения рабочего органа в грунтовой массив и определить рациональный дивпазон изменения оеотшаеик« каее ударно? части' ftl4 и рабочего органа

т* ,

В качестве погружающего оборудования ннбран типоразмерный ряд трубчатых дизель-молотов с массой ударной части равной 1250, 1800, 2500, 3500 и 6000 кг. /¡ля рабочего органа с геометрическими параметрами, выбранными во второй глазе, погружающее обо-хурозание подбиралось с учетом коэффициента восстановления удара ^ IX&У ' изменяго'т1егося в пределах 0,3-0,8. В процессе выполнения экспериментальных исследований коэффициент восстановления уда-

г-н

ра уточнялся. Значения сил сопротивления внедрения наконечника и корпуса Г^ рабочего органа определялись во второй главе дайной работы. Анализ графических зависхвдостей, полученных в результате решения уравнения С?), позволяя определить диапазон изменения соотношения масс ударной части погружающего оборудования ¡71^ и рабочего органа -от 0,91 до 1,40. Дальнейшее увеличение

коэффициента соотношения масс приводит к увеличении затрат энергии процесса проходки скважин под набивные- сваи.

Четветугая глава. Описаны методика и результата экспериментальных исследований навесного оборудования для пробивки скважин с использованием изиерителько-регистрирувдей аппаратура.

Исследования проводились но передзизкых специально разработанных стендах и в производетвёянис условиях.-. Для проведения стендззах исследований были-подготовлены додали рабочее органов с одинаковой площадью поперечного сеченая треугольной, квадратной, пятиугольной, шестиугольной и круглой форм. Площадь поперечного сечения моделей рабочих органов в больше» кг основании принша-каяась равной 1,8 '10-3; 3,6 'Ю-3; 6,1 'КГ3 к2; угол» образованный осью корпуса модели и апофемой граня, - 1°; длина корпуса моделей составляла Гм. Дня проходки лидирующих скважин были изготовлены пробойники круглого сечения с дазкетрами от 0,02 до0,07и. Коэффициент подобия геометрических размеров моделей по отношении

к натурный работам органам принимался равным 5. В процессе экспериментальных исследований с натурными рабочими органам:» регистрировалась скорость погружения в грунт» сила сопротивления грунта внедрений, усилие извлечения и ход отрыва рабочего органа, упругая состазлязшзя-деформации грунта,сила удара поршня - бойка погружающего оборудованияi глубина погружения рабочего органа за одам удэр поршня-бойка и число ударов, необходимое для полного погружения рабочего органа в грунтовой массив. Скорость погружения рабочего органа в грунтовой массив определялась в момент удара поричя-бойка дизель-колота, е для определения силы удара измерялось'ударное ускорение датчиком с-цилиндрическим пьеаоэлеиентом. Датчик •устанавливался вертикально под наковальней рабочего органа и коа-ксиально рабочему оргацу. 3 результате наблюдений за деформациями грунта установлено, что зона заметных смешений его частиц около скважины ограничивается окружностью с диаметром, равным диаметра« вписанной окружности рабочего органа, а стенки сквакины, образование рабочими органами с полеречшм сеченисы в виде шестиугольника и круга, имели хорошее качество по всей высоте. Это сбьяснязтся тем,что б процессе погружения рабочего органа с малым количеством граней (3 или 4) не достигается равномерного уплотнения грунта по BCGity*периметру его поперечного сечения. Наличие 'острых углов способствует возникновению неуплотненных зон .в грунта в местах расположения ребер рабочего органа. При рабочем органе с поперечны» сечением в виде круга наилучикй результат достигается благодаря равномерному уплотнении грунта по всему периметру скважадь,. йбфяедавания показали, что с точки зрения силовых затрат и технологии устройства скважин конические рабочие органы наиболее рациональны. Ддя конического рабочего органа массой 1900 кг козс^ициект соотнопеккя ссударяюшхся «аса равен 1,32. От-

клокения результатов теоретически исследований от экспериментальных не превыпали 12-16?.. Таким образом, можно сделать заключение,

«

что колоченные ранее теоретические положения о взаимодействии рабочего органа с грунтовым массивом основываются на вполне приемлемых допущениях.

Пятая глава. На основе анализа эконогажо-математкческой модели дана оценка эффективности применения навесного оборудования для пробивки сквагош под набивные сваи к определена рациональная технологическая схема производства работ на строительном объекте.

Основными этапами алгоритма эконеиико-матеиптической модели являются: определение длительности рабочего цикла навесного оборудования и его производительности. С учетом особенностей свайного поля строительного объекта и техническое возможностей базовой ыа-пшны с оборудованием были рассмотрены несть технологических схем производства работ по пробивке скважин. Наиболее рациональная технологическая схеиа устройства сквакин под набизше сваи определялась по максимальной годовой производительности навесного оборудования и соответствующему минимуму удельных приведенных затрат .При решении экокомико-катекатическоП модели параметры строительного объекта изменялись в следующих пределах: пирика - от 20 до 40 ь: (с шагом 5м), длина - от 60 до 100 и (с пагои 10«), расстояние между скважинами в продольном направлении - от 5 до 7 м ( с шзгсь; 0,5м), расстояние между скважинами в поперечном направлении - от 3 до 5м С с шагом 0,5м).Анализ порученных зависимостей (рис.4,5} экономико-математической модели показал, что I и П технологически е схокы имеют максимальную производиельность (16705-16056 скв/год); при этом удельные приведенные затрата составили от-1,801 до 1,666 р/скв. Кроме того, с увеличением дгикы строительного объекта от 60 до 100 м, при постоянной его-ширине (20 «),

<5

Рис .4. Зависимость производительности и удгльных приведенное затрат:

а - от длины строительного объекта; б - от ширины строительного объекта; 1,2,3,4,5 к 6 - технологические схеш производства работ на строительное объекте

б

Рис.5. Зависимость производительности и удельных приведенных затрат: -

г - от тага сквагин з продольном направлении;

б - от сага екзазин в поперечно!.- направлении,

1,2,3,4,5 и о - технологкчесгае cxeis производства работ на строительном сбъеэте

увеличивается производительность навесного оборудования от 17929' до 16056 скв/год и снижаются удельные' приведенные затрать: с 1,678 до 1,666 р/скв.

Пустая глава.Предложена инженерная методика расчета основных параметров навесного оборудования с учетом особенностей уплотнения грунта в устье, стенки и забой-скважина, параметров строительного объекта и технологии ведения работ.

Методика расчета параметров навесного -оборудования реализована при проектировании конструкций установок для пробивки скважин УКС-3, УКС-6, УКС-7 и КШ-12, которые были изготовлены на экспериментально-механическом заводе ШО "Совзспегфундаментстрой". Экспериментальные образцы установок УКС-3, УКС-6 и УКС-7 внедрены в производство при строительстве корпуса медсанчасти в г.Темиртау и корпуса производства ПАН-нули второй очереди завода химического волокна в г.Кустанае.Экономическкй эффект от использования фундаментов из набившх конических свай составил 156, б тыс. рублей .Универсальное копровое оборудование ¡ШУ-12бько внедрено на строительшх объектах ШЖ—16 территориального производственного объединения "Ус-Ьтроймехакпзацкя". По результата« проведенных комплексных исследований разработаны республиканские строительные иорьи по механиза- • *

ции устройства конических кабианых свай с использование« навесного оборудования типа УКС.

ВЫВОДЫ

I. На основе обзора конструкций мапин к оборудования, применяемых для проходки скважин под набивные сваи, установлено, что эффективным средством механизации для этих целей является навесное оборудование, оснащенное рабочим органом, погружение которого осуществляется сваебойным оборудованием, а извлечение - специальным гидравлическим устройством. Оборудование может быть наве-

шено на свяебойше копри, краш, экскаватор« или тракторы.

2. В результате теоретических исследований получены аналитические зависимости сил, действующих на рабочий орган при погружении в грунтовой массив и извлечении его из образованной екзажиш ( с учетом геометрических размеров саксго рабочего органа, свойств грунта л параметров лидирующих скн&шн).

3. На основе анализа теоретических, исследований взаимодействия рабочего органа с грунтовым массивом установлено, что для обеспечения минимальной энергоемкости проходки скваккн при N =3-6 угол должен составлять 30° и еС - 1°. Наиболее рационально с точки зрения силовых и энергетичесаЮЕ затрат поперечное сечение рабочего органа в виде круга. Погружение рабочего органа в лидирующую скважицу позволяет уменьшу, сила его сопротивления внедрении п извлечен!®, а также ход отрава из образованной сква-тш в 1,2-1,7 раза. Рациональный диапазон соотношения ссударяга-ептхся масс удерней части погружающего оборудования и рабочего органа равен 0,91 - 1,40. '

4. В результате экспериментальных исследований подтверждена . правомерность теоретических положений о взаимодействии рабочего органа с грунтом и установлено, 'что'чем.больше площадь поперечного сечения рабочего органа, тем. значительнее силы сопротивления оказывают влияние на процессы погружения и извлечения рабочего органа. Погружение рабочего органа в лидирунцую скванкну позволяет в среднем уменьшить сила сопротивления в 1,6 раза, а ход

_ отрыва рабочего органа из образованной скважины - в 1,5 раза.

- - * ■ . <

Зона заметных смещений частиц грунта при погружении рабочего органа в лидмрущую сквакицу ограничивается окружностью с диаметром • равнык 2-4 диаметрам рабочего ергана. Соотношение масс поршня-бойка дизель-колота и рабочего органа равно 1,32.

5. На основании анализа характерных признаков строительных объектов разработаны технологические схемы ведения работ с применением навесного оборудования для пробивки скважин под набивные сваи и с использованием зкоиоммо-ч'-атецатической мода®! определены рациональные. Установлено, что с увеличением длины свайного поля строительного объекта, при постоянной его ширине, увеличивается производительность навесного оборудования к сникаются удельные приведенные затраты. • .'.•'

6. В результате теоретических и экспериментальных исследования разработаны кдаекервая методика, алгоритм и программы расчета основных параметров оборудования, которые использовались при разработке рабочей документации на изготовление экспериментальных установок типа УКС и PH/-I2. Экономический эффект от внедрения фундаментов из набивных конических свай составил 158,8 тыс.руб. Основные положения работы вооли в состав республиканских строительных корм по механизации устройства конических набивши свай

с использованием навесного 'оборудования типа УКС.

. Основные положения диссертация опубликованы в следующих работах:

1. Провести „научно-исследовательские работы по зыбору рациональных параметров и режимов работы и создать типоразмершй ряд оборудования дчя пробивки конических скважин пор набивные сваи: Отчет о ИКР (заключит.)/ 11ГЮ "Союзспе^уидамеятстрой"ГР.01. 67.0081707; Инв. 02.90.0053838. - Караганда, 1989.- 30с.

2.Многоцелевое гидравлическое копровое оборудование // Механизированная безотходная технология возведения свайных фундаментов из свай заводской готовности: Тез.докл. ко 2-цу Бсесо-ыз. коорд.совещ.-семинар.-Владивосток: Госстрой СССР, 1988.-0.210^ (Соавторы М.С. Овчаров, D. Е .Пономаре нко).

3. Технология устройства свйПннх фундаментов прсмнзленнкх предприятий // Технический прогресс в проектировании прошьт-кий; предприятий. Организация управления прозктгам процессом: Тез. докл.науч.-техн.конф .-Караганда: ГШИ "Карагандинский прэмстрой-проект", I98S.-C.25. (Соавторы Ы.я.Беляев, к).Е.Поноуерснко, ь.Я. Зятицкил).

4. FCH Каз.ССР 49-59. Республиканские строигелшде ногглл по механизации устройства конических нзбишк:; спай с использованием навесного оборудования типа УКС и проооткровакке технологии производства работ // Караганда, 1969, ~ 35 с. (Соавтора Й.Е.Понока-ренко, U.А. Беляев, В.А. Кох, В.Ы. Буй, Ю.Н. Моисеев).

5. Выбор геометрических парзкегров свай с сечекиом в виде укороченной гипоциклоид при проектировании с*ундакек?ов прошачен-шх зданий: Икфорч.лист.- Караганда: ЩГО1, I?£9.-C.4 (Ссазгоря

М.А.Беляев, D.E.Пономарекко, Э.Ф.Хаглдгл, К.М.Д-укзев).

6. Технология производства работ с пр:-г/.ексни?м навесного оборудования для пробивки скважин под набит-те гвви.~М., J.9S0. -II с. - г.еп. ЩШЗетройиаш 15.05.90, $ Зб-сдЗО. (Соавтора М.А. Беляев, В.Е.Иономаренко, К.З.Маяслмов).

?. Средства мехзнкзздт-гл устройства '.:сктсз з ягтрпкбо-ваккых котлованах У/ Сгроительше t "аикни» »геушя'зяз, лркзпоссбле-ния и оборудование: Зксп.-инфорг.-Ал.га-Лта: КсзЦШВ, 1950,- )"?..-11с. (Соавторы Ю.Е.Поноиарекко, И.В. Максимов, С.Э.Герасименко, В.А. Волков, М.А. Беляев).

6. Определение параметров и создание навесного оборудования

для пробивки скважин лод набивные сваи // Нозая техника и техно-

v

логия при производстве строительных и открытая корках работ в районах Сибири и Севера :Тез.дзкл.нзуч.-гг;сн.:соир.~ Красноярск' Красноярский филиал НПО ЕШШстройдоркап, 1990. - С.55.

9.Копер гидравлический: ü.C. I6Q193I СССР, ШШ3 Е 02 7/ 14 fli .С.Овчаров, В.З.Харченко, Ю.Е.Повомарекко,В.В.Грузин и др. (.СССР). - Опубл. е Б.И. Р 41, .1990,

10. Устройство для пробивки скйанян: A.C. I647II5 СССР, ККЙ3 Е 21 В 7/24 / В.В.Г^зин, Ю.Е.Гюноиаренко, ¿¿.Н.Коисеев, Л.В.Ерофеез (СССР). - Оцубл. в Б.й. U 17, 1991.

11. Способ образования скваккн в грунте и устройство для его осуществления: A.c. по заявке № 4715135/23 СССР, Ш13 .Ь 21 Б 7/24/ В.З.Грузин, D.H. Моисеев,, Ю.Е.Иожжаренко, I-.. а. Беляев, Л.В. Ерофеев (СССР).

12. Колер гидравлический.для вытрамбовывания котлованов в /грунте: A.c.. по заявке Р 4770930/33 СССР МХИ3 Ь 02 Д 7/00 .

/В.В.Грузин, М.В.Квксимов, Ю.Е.Цоксмгренко, 'К.А.Беляев и Др. (СССР).

13. Устройство для образования сквашсн: A.c. по заяьке

«ь 4823810/33 СССР» Uüä3 а С2 Ь 7/Ш.А1.3.Ьакскков, В.В.Гк/зш, Ю.Е.Понскареыко> Беляев (СССР),.