Машины и оборудование для погружения в грунт винтовых анкеров и свай. история и современность

Расширение области применения винтовых свай связано с появлением необходимости в них и улучшением методов их установки, которое зависит от развития механизмов для этой цели. Некоторые из описанных в статье машин уже не используются, другие остаются экспериментальными, но они все внесли свой вклад в развитие строительных технологий.

Содержание:

• Рис. 1.Машина МЗС-219 для бурения скважин и завинчивания винтовых свай (Омский завод транспортного машиностроения).
• Рис. 2.Агрегат АЗА-3 для механизации процесса установки анкеров при креплении растяжек нефтепромысловых вышек и мачт, а также для бурения шурфов под закладные якори и направляющих под винтовые анкеры в каменистых и мерзлых грунтах (Компания «Геомаш»).

На основании анализа существующих конструкций и технических решений патентно-изобретательского фонда машины можно классифицировать по типу:

• ходового оборудования – самоходные (на пневмоколесном и гусеничном ходу, на плаву) и навесные (непосредственно на сваю, тягач);
• привода механизма вращателя (механические, гидравлические, электрические, тросовые и ручные);
• механизма осевой подачи якоря или сваи (гидравлические, фрикционные, тросовые, винтовые и вибрационные).

К навесным механизмам относятся кабестаны. Электрические кабестаны состоят из неподвижной части (рамы), которая в процессе работы должна быть закреплена во избежание вращения, и подвижной части, вращающейся вместе со сваей.

Основные характеристики выпускавшихся кабестанов приведены в таблице 1.

Таблица 1.Основные характеристики кабестанов

Впервые специальную установку МЗЯ для механизированного погружения винтовых якорей диаметром 350, 500 и 750 мм под водой в грунт на глубину до 10 м разработал, смонтировал на понтоне и испытал в производственных условиях «ЦНИИЛесосплав». В отличие от буровых машин эта установка имела небольшую частоту оборотов вращения якоря (0,48...5,12 об./мин) и крутящий момент завинчивания до 60 кНм. Ее производительность составляла до 7 винтовых якорей в смену. Габариты машины на плавучем основании в рабочем положении: длина 6,55 м, ширина 3,5 м, высота 12 м. Масса машины с плавучим основанием 18 т.

При строительстве трубопроводов потребовались универсальные маневренные установки, обеспечивающие погружение винтовых анкеров на вылете 3...5 м. Установка ВАГ-101, созданная как навесное оборудование для серийного трактора Т-108М, не в полной мере отвечала требованиям строителей из-за расположения стрелы вращателя в задней части трактора. Более удобны в эксплуатации оказались установки с боковым расположением рабочего органа (как у трубоукладчика), например, ВАГ-201 и ВАГ-202.

В 1964 г. Ленинградский филиал «ВНИИ «Стройдормаш» разработал по технологии Государственного союзного проектного института Министерства связи СССР проект машины МЗС-13 для погружения винтовых свай, производительностью до 14 свай с диаметром лопастей 0,5...1,3 м в смену. Она могла самостоятельно перемещаться с объекта на объект, нагружать сваи различных параметров вертикально и под углом, выполнять вспомогательные операции (подтаскивание свай, подъем и заправку их в рабочий орган), развивать крутящий момент до 155 кНм и передавать свае осевое усилие, завинчивать и вывинчивать сваи. Машина состояла из рабочего органа, силовой рамы с четырьмя гидравлическими выносными опорами, гидроцилиндра поворота рабочего органа из транспортного в рабочее положение, гидропривода, трансмиссии рабочего органа и пульта управления. Впервые МЗС-13 была смонтирована на дополнительно усиленном шасси грузового автомобиля КРАЗ-214.

«ВНИИЗеммаш» разработал и испытал установку «Анкер», предназначенную как для непосредственного завинчивания свай в грунт, так и для бурения лидерных скважин и последующего завинчивания в них свай, смонтированную на шасси автомобиля КРАЗ-257. За счет усиления элементов трансмиссии привода рабочего органа, крутящий момент завинчивания был доведен до 150 кНм, а осевое усилие подачи до 100 кН. Внесение изменений в кинематическую схему трансмиссии увеличило частоту вращения цанги вращателя до 30,6 об./мин и обеспечило бурение лидерных скважин в твердомерзлых, а также в скальных грунтах с коэффициентом крепости до 5 по шкале Протодьяконова.

На основе машины «Анкер» в Конструкторском бюро транспортного машиностроения при научном сопровождении СибАДИ была создана машина МЗС-219 (рис. 1) для бурения скважин и завинчивания винтовых свай. В конструкцию был внесен ряд изменений, позволивших увеличить крутящий момент до 200 кНм, снизить себестоимость изготовления и повысить удобство эксплуатации. Увеличение крутящего момента было достигнуто за счет повышения прочности трансмиссии и металлоконструкции вращателя, снижение себестоимости – в результате уменьшения номенклатуры материалов, унификации по гидрооборудованию с массовыми моделями экскаваторов и тракторов (ЭО-2621, ЗТМ-60), а также упрощения трансмиссии привода вращателя. Применение шасси КРАЗ-250 позволило ыпогружать сваи с лопастью диаметром до 1,2 м и стволом диаметром до 0,4 м. При необходимости глубину погружения сваи можно увеличивать путем приварки к стволу дополнительных секций.

Рис. 1.Машина МЗС-219 для бурения скважин и завинчивания винтовых свай (Омский завод транспортного машиностроения).

Установка для завинчивания свай УЗС предназначена для возведения инвентарных фундаментов под опоры временных высоководных мостов. Она смонтирована на шасси грузового автомобиля «Урал-375 Е». Основным рабочим органом УЗС являются гидрокабестаны, которые обеспечивают одновременное завинчивание двух свай. Каждый гидрокабестан развивает крутящий момент 50 кНм. Гидрокран 4030П предназначен для монтажа свай и выполнения погрузочно-разгрузочных работ. Установка позволяет одновременно завинчивать две сваи вертикально или наклонно под углом 15 и 30°.

В НИЛ конструкций электросетевого строительства СЗЭСП был разработан и в 1983 г. создан опытный образец установки для завинчивания анкеров (свай) – УЗА-1. В качестве базовой машины принят трелевочный трактор ТДТ-55А, с которого снято погрузочное устройство, а вместо него смонтировано оборудование для завинчивания анкеров (свай). Максимальный крутящий момент, развиваемый установкой, – 50 кНм. Допускается завинчивание анкеров и свай с диаметром винтовой лопасти 300–850 мм с наклоном до 40° на глубину до 6 м. Масса рабочего оборудования составляет 1500 кг.

Установка УЗА-2 предназначена для завинчивания анкеров и свай как в обычные (талые), так и в твердомерзлые грунты. В качестве базовой машины принят трелевочный трактор ТТ-4, который, по сравнению с трактором ТДТ-55А, базовой машиной УЗА-1, имеет более мощный двигатель, повышенную проходимость и маневренность. В дальнейшем были созданы следующие модификации машины УЗА, получившие индексы УЗА-2А и УЗА-5. Принципиально не отличаясь от УЗА-2, они за счет реализации оригинальных конструкторских решений, стали более надежными, производительными, удобными в управлении и техническом обслуживании. Кроме того, установка УЗА-5 имеет возможность развивать крутящий момент до 100 кНм и погружать сваи с диаметром винтовой лопасти до 1000 мм.

Рис. 2.Агрегат АЗА-3 для механизации процесса установки анкеров при креплении растяжек нефтепромысловых вышек и мачт, а также для бурения шурфов под закладные якори и направляющих под винтовые анкеры в каменистых и мерзлых грунтах (Компания «Геомаш»).

ПО «Геомаш» и «ТатНИИнефтемаш» разработали и изготовили агрегат АЗА-3 (рис. 2) для механизации процесса установки анкеров при креплении растяжек нефтепромысловых вышек и мачт, а также для бурения шурфов под закладные якори и направляющих под винтовые анкеры в каменистых и мерзлых грунтах. Установка позволяет реализовать при необходимости вращательное шнековое бурение технических скважин, сооружение шурфов шнековым буром рейсами в грунтах до IV категории по буримости. Агрегат смонтирован на шасси ЗИЛ-433440 повышенной проходимости, Урал-4320, Камаз-43114. Вращатель развивает крутящий момент 20 кНм и обеспечивает погружение анкера диаметром 500 мм на глубину 3 м.