Оборудование для отбора монолитов

28 января 2020

Оборудование для отбора монолитов в глинистых грунтах.

Опыт группы компаний «Геомаш».

Порядок отбора образцов грунтов при производстве инженерно-геологических изысканий при строительстве регламентирован требованиями ГОСТ 12071-2014, в соответствии с которыми образцы глинистых грунтов ненарушенного сложения (монолиты) рекомендуется отбирать с использованием забивных грунтоносов.

Если буровая установка укомплектована лебедкой с функцией свободного сброса, то отбор проб ненарушенного сложения (монолитов), не представляет никакой сложности – для этого достаточно приобрести комплект для ударно-канатного бурения, состоящий из забивного стакана, забивного грунтоноса, ударного патрона с утяжелителями и канатного замка, подготовить необходимое количество обсадных труб или полых (равнопроходных) шнеков.

И, скажем прямо, такая комплектация является идеальной с точки зрения качества отбираемой пробы и традиционной для многих изыскательских предприятий.

Буровые установки ПБУ-2, ЛБУ-50, почти все модели гидрофицированной серии УГБ, а также - до сих пор встречающиеся на вторичном рынке бурового оборудования УГБ-50 и УГБ-1ВС, укомплектованы лебедками со свободным сбросом и обеспечивают отбор проб в забивные грунтоносы с использованием стандартных комплектов для ударно-канатного бурения.

Стенки буровых скважин, в которых производится опробование, рекомендуется укреплять временными обсадными колоннами для предотвращения аварийных ситуаций и загрязнения опробуемых интервалов частицами породы и грунтовыми водами из ранее пробуренных интервалов ствола.

При инженерно-геологических изысканиях для обсадки скважин могут применяться как стандартные стальные обсадные трубы, так и полые шнеки, внутренний диаметр которых обеспечивает спуск забивного снаряда на забой скважины. Опыт применения шнекового комплекта БИ23.00.000 с забивными грунтоносами ГЗ-108 и ГЗ-121, производства группы компаний «Геомаш», показывает, что при достаточной энерговооруженности буровой установки использование полых шнеков для обсадки скважин значительно снижает затраты времени на изыскания и повышает качество опробования.

Вместе с тем, большинство отечественных и импортных установок, представленных на рынке бурового оборудования, комплектуются только лебедками для вспомогательных работ – спуско-подъемных операций, посадки обсадных труб, не обеспечивающими свободный сброс ударной части забивного инструмента, а в ряде случаев вообще не имеют лебедок.

Отказ производителей от оснащения буровой установки лебедкой со свободным сбросом может быть обусловлен целым рядом объективных причин, от вынужденного ограничения веса и габаритов изделия до желания снизить его себестоимость, но в любом случае это вынуждает изыскателей отступать от требований, предъявляемых к качеству проб грунта действующими государственными стандартами и проектировщиками.

При отсутствии возможности работы с забивными пробоотборными снарядами опробование грунтов, вне зависимости от их типа, выполняется чаще всего в одинарные колонковые снаряды вращательным способом и, значительно реже – в обуриваемые съемные грунтоносы в составе полых шнековых колонн, что во многих случаях усложняет или делает невозможным отбор образцов ненарушенного сложения в глинистых грунтах.

Ряд технических и технологических решений, реализованных на буровых установках производства группы компаний «Геомаш», дают возможность выполнять отбор монолитов в забивные пробоотборники без использования лебедок со свободным сбросом.

В 2005 году для первых образцов буровых установок типа УГБ был создан гидроприводной ударный механизм-«качалка», реализующий натяжение подвижной ветви каната стандартной грузовой лебедки с одновременным подъемом подвижной части ударного патрона на высоту 300 мм и последующим сбросом ее на наковальню. Таким образом достигается возможность погружения забивного грунтоноса под воздействием циклических ударных импульсов.

Подвижный элемент ударного механизма приводится от гидромотора и оборудован направляющим роликом для лебедочной ветви каната, при этом скорость разматывания каната с барабана регулируется оператором бурения.

Устройства подобного типа ранее нашли широкое применение на буровых установках зарубежного производства и являются приемлемой альтернативой лебедок со свободным сбросом, применение которых в ряде стран ограничено из соображений безопасности.

Гидроприводной ударный механизм может поставляться в составе буровых установок серии МБУ производства группы компаний «Геомаш», а также в виде монтажного комплекта для оснащения установок сторонних изготовителей.

В 2015 году для блочных буровых станков ББУ-000 и установок серии МБУ был создан съемный комплект ударно-забивного бурения, представляющий собой адаптер со смонтированным на нем гидроприводным отбойным молотком зарубежного производства, устанавливаемый на стандартной каретке механизма подачи.

Демонтаж стандартного вращателя и монтаж съемного комплекта на каретке выполняется за 30 минут силами двух рабочих.

Привод гидравлического молотка осуществляется от контура привода вращателя гидросистемы буровой установки.

Подъем колонны бурильных штанг выполняется механизмом подачи через специальный кронштейн на адаптере, без соединения с ведущим переходником гидромолотка.

Типоразмер гидроприводного молотка выбирается с учетом энерговооруженности буровой установки.

Практический опыт применения комплекта в составе блочного бурового станка ББУ-000 продемонстрировал возможность эффективного отбора монолитов глинистых грунтов на глубинах до 15 метров в забивной грунтонос ГЗ-108 на штангах динамического зондирования.

В 2018 году в рамках инновационной разработки мобильной гидрофицированной установки УГБ-996 «Пионер» был создан гидроприводной модуль ударного и ударно-вращательного бурения на базе стандартного гидравлического строительного бетонолома («Hydraulic concrete crusher»).

Имеющий независимые контуры привода ударного механизма и вращателя, модуль обеспечивает как реализацию ударно-вращательного бурения пород морены и коры выветривания, так и ударно-забивного бурения в глинистых грунтах и предназначен для отбора проб грунтов и горных пород, а также для посадки обсадных колонн.

Высокочастотный ударный механизм модуля развивает имеет плавную регулировку при максимальной частоте ударов ло 1100 в минуту и энергии удара 179 Дж.

В качестве бурильных колонн при работе с модулем могут применяться бурильные трубы ТБСУ диаметром до 63.5 мм, при этом свинчивание и развинчивание резьб при спуско-подъемных операциях выполняется собственным вращателем модуля, развивающим крутящий момент до 350 кгс.м.

Модуль может быть включен в комплектацию любой установки серии УГБ в качестве основного вращателя, либо дополнительного оборудования, расширяющего ее функциональные возможности.

Остается лишь добавить, что перечисленные в данном обзоре устройства для ударно-забивного бурения полностью совместимы со снарядами для инженерно-геологического опробования, выпускаемыми предприятиями группы компаний «Геомаш» - забивными стаканами и забивными грунтоносами с разъемной гильзой.