RU2270899C2

RU2270899C2 - Method and device for concrete mix treatment during bored pile erection

Info

Publication number: RU2270899C2
Application number: RU2004112277/03A
Authority: RU
Inventors: Павел Геннадьевич Бабенко (RU); Павел Геннадьевич Бабенко; Св тослав Константинович Земан (RU); Святослав Константинович Земан; Евгений Витальевич Крохмаль (RU); Евгений Витальевич Крохмаль
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Магнит"
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2006-02-27
Also published as: RU2004112277A

Abstract

FIELD: building, particularly to create bored piles in cased wells during building and building structure foundation erection.

SUBSTANCE: method involves heating ground surrounding place of pile erection and heating concrete mix with induction heater. The concrete mix is vibratory treated in pulsed mode at the beginning of heating operation by applying electromagnetic field generated by induction heater to metal reinforcement bars, wherein high-frequency current of induction heater is subjected to low-frequency modulation. At concrete mix setting beginning the pulsed mode is changed into high-voltage one. Device for above method realization comprises induction heater comprising steel pipe put on asbestos-cement pile casing pipe and winding made of copper coiled bus linked with high-frequency power source. The winding is connected to metal pipe. Diametrical longitudinal orifices are made in the steel pipe. The power source comprises circuit providing high-frequency current modulation with low frequency.

EFFECT: possibility of simultaneous heat and vibration application to concrete mix, reduced cost of the device along with reduced number of working tools, simplified control, provision of concrete shrinkage and compaction under heating, which is performed by single device.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении железобетонных буронабивных свай в скважинах с обсадной трубой при возведении фундаментов зданий и сооружений.The invention relates to the construction and can be used in the manufacture of reinforced concrete bored piles in wells with casing in the construction of foundations of buildings and structures.

При заливке бетона для повышения качества свай за счет увеличения прочности бетона и улучшения его физико-химических свойств используют термо- и виброобработку, проводящиеся одновременно либо в определенном режиме, что зависит от применяемых методов обработки и используемого оборудования.When pouring concrete, in order to improve the quality of piles by increasing the strength of concrete and improving its physicochemical properties, heat and vibration processing is carried out simultaneously or in a certain mode, which depends on the processing methods used and the equipment used.

Из предшествующего уровня техники известны способы обработки бетонной смеси путем вибрирования с одновременньм разогревом электрическим током (SU 1595825; RU 2132917). Причем разогрев ведут с помощью поперечных и продольных электродов, а для вибрирования на торцовой стенке лотка расположен механический вибратор. Основной недостаток способа - невозможность его применения при строительстве на месте возведения свай, т.к. в силу сложности конструкции для осуществления способа он предназначен для стационарных условий производства.From the prior art, methods are known for treating a concrete mixture by vibrating with simultaneous heating by electric current (SU 1595825; RU 2132917). Moreover, the heating is carried out using transverse and longitudinal electrodes, and for vibration on the end wall of the tray is a mechanical vibrator. The main disadvantage of this method is the impossibility of its application in the construction at the place of construction of piles, because due to the complexity of the design for implementing the method, it is intended for stationary production conditions.

Известны способы уплотнения бетонных смесей при возведении буронабивных свай путем механического трамбования бетона после его подачи в предварительно пробуренную скважину (USA №2963869). Указанный способ имеет низкую производительность и требует наличия тяжелого оборудования для трамбования и отдельного оборудования для прогрева бетонной смеси при возведении сваи в промерзшем грунте.Known methods for compaction of concrete mixtures during the construction of bored piles by mechanical tamping of concrete after it is fed into a pre-drilled well (USA No. 2963869). The specified method has low productivity and requires heavy equipment for tamping and separate equipment for heating the concrete mixture during the construction of piles in frozen soil.

Известны способы уплотнения бетона при строительстве буронабивных свай посредством создания электрических разрядов между электродами, опущенными в скважину, заполненную бетонной смесью (RU 2090716, US 4230425, RU 2117726,) Недостатками известных технических решений является необходимость вводить дополнительное оборудование для нагрева при строительстве свай в промерзших грунтах. Кроме того, даже при строительстве в грунтах с нормальной температурой нагрев бетонной смеси ускоряет ее твердение и повышает прочность после твердения.Known methods of compaction of concrete in the construction of bored piles by creating electrical discharges between the electrodes lowered into a well filled with concrete mixture (RU 2090716, US 4230425, RU 2117726,) The disadvantages of the known technical solutions is the need to introduce additional equipment for heating during the construction of piles in frozen soils . In addition, even during construction in soils with normal temperature, heating the concrete mixture accelerates its hardening and increases its strength after hardening.

Наиболее близким к предложенному является способ обработки бетонных смесей при возведении железобетонных свай, заключающийся в индукционном нагреве бетонной смеси путем нагрева вихревыми токами металлической трубы, надеваемой на обсадную трубу («Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, в районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера», М., Стройиздат, 1982). Недостатком способа является отсутствие операций по уплотнению бетона, в результате чего в массе бетона могут остаться воздушные полости, что снижает прочность сваи.Closest to the proposed one is a method for processing concrete mixtures during the construction of reinforced concrete piles, which consists in induction heating of concrete mixture by eddy current heating of a metal pipe worn on a casing pipe ("Manual for the production of concrete work in winter conditions, in the Far East, Siberia and Extreme North ”, M., Stroyizdat, 1982). The disadvantage of this method is the lack of concrete compaction operations, as a result of which air cavities can remain in the concrete mass, which reduces the strength of the piles.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является индукционный нагреватель, содержащий металлическую трубу с уложенной на ней обмоткой из медной шины, соединенной с источником высокочастотного питания («Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, в районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера», М., Стройиздат, 1982, стр.180, 181).The closest technical solution to the claimed device is an induction heater containing a metal pipe with a copper bus winding laid on it, connected to a high-frequency power source ("Guide to the production of concrete work in winter conditions in the Far East, Siberia and the Far North", M., Stroyizdat, 1982, p. 180, 181).

Недостатком известного устройства является отсутствие средств уплотнения бетонной смеси при ее нагреве, что снижает прочность сваи.A disadvantage of the known device is the lack of means of compacting the concrete mixture when it is heated, which reduces the strength of the piles.

В основу изобретения положена задача разработки способа одновременного воздействия на бетонную смесь при сооружении сваи тепловыми полями и вибрационным полем, осуществляемого простым недорогим устройством при минимальном количестве оборудования и простоте управления.The basis of the invention is the task of developing a method for simultaneously affecting the concrete mixture during the construction of piles by thermal fields and a vibration field, carried out by a simple inexpensive device with a minimum amount of equipment and ease of control.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки бетонных смесей при возведении буронабивных железобетонных свай, включающем нагрев окружающего грунта и бетонной смеси индукционным нагревателем, на начальной стадии нагрева бетонной смеси производят ее виброобработку в импульсном режиме путем воздействия на металлические стержни арматуры сваи электромагнитным полем, генерируемым индукционным нагревателем, для чего высокочастотный ток индукционного нагревателя подвергают низкочастотной модуляции, а при начале схватывания бетонной смеси изменяют импульсный режим на высокочастотный.The problem is solved in that in the method for processing concrete mixtures during the construction of bored reinforced concrete piles, including heating the surrounding soil and concrete mixture with an induction heater, at the initial stage of heating the concrete mixture, it is vibrated in a pulsed mode by acting on the metal bars of the reinforcement piles with an electromagnetic field generated induction heater, for which the high-frequency current of the induction heater is subjected to low-frequency modulation, and when setting concrete mix change the pulse mode to high frequency.

Устройство для осуществления способа, как и прототип, содержит стальную трубу, надеваемую на асбоцементную обсадную трубу сваи, и обмотку в виде витков медной шины, расположенную на металлической трубе. В отличие от прототипа, в стальной трубе выполнены диаметрально противолежащие продольные окна, а источник питания содержит схему, обеспечивающую модуляцию высокочастотного тока низкой частотой.The device for implementing the method, like the prototype, contains a steel pipe worn on an asbestos cement casing pipe, and a winding in the form of turns of a copper bus located on a metal pipe. Unlike the prototype, diametrically opposite longitudinal windows are made in the steel pipe, and the power source contains a circuit that provides modulation of the high-frequency current with a low frequency.

Техническим результатом изобретения является использование механического воздействия электромагнитного поля индукционного нагревателя на металлические стержни арматуры в жидком бетоне, при этом происходит усадка и уплотнение бетонной смеси с нагревом, осуществляемым одним устройством.The technical result of the invention is the use of the mechanical effect of the electromagnetic field of the induction heater on the metal bars of the reinforcement in liquid concrete, and the concrete mix shrinks and compacts with heating by one device.

Данный способ позволяет проводить с помощью одного и того же недорогого устройства нагрев бетонной смеси и ее виброобработку. Это значительно снижает количество оборудования, которое необходимо при возведении свай, упрощает управление процессом обработки бетонной смеси, позволяет в широких пределах варьировать операциями нагрева и виброобработки, используя последовательность, оптимальную для данных условий строительства или для данного типа бетонной смеси.This method allows using the same inexpensive device to heat the concrete mixture and its vibration processing. This significantly reduces the amount of equipment that is needed during the construction of piles, simplifies the control of the concrete mixture processing, and allows a wide variation in the heating and vibration processing operations using the sequence that is optimal for these construction conditions or for a given type of concrete mixture.

На Фиг.1 представлена схема устройства для осуществления данного способа.Figure 1 presents a diagram of a device for implementing this method.

На Фиг.2 показана конструкция трубы с окнами, вид спереди, на Фиг.3 - то же, вид слева, на Фиг.4 - конструкция трубы в изометрии.Figure 2 shows the design of the pipe with windows, front view, figure 3 is the same, the left view, figure 4 is the construction of the pipe in isometry.

Устройство для обработки бетонной смеси при возведении буронабивных свай содержит металлическую трубу 1, устанавливаемую на обсадную трубу 2 в предварительно пробуренной скважине 3 под сваю, содержащую арматурные металлические стержни 4. На поверхности трубы 1 уложена обмотка 5 из витков медной изолированной шины, концы которой 6 и 7 соединены с высокочастотным источником питания 8. В металлической трубе 1 выполнены продольные окна 9 и 10, расположенные напротив друг друга (Фиг.2 и 3). Источник питания 8 содержит схему управления, обеспечивающую низкочастотную модуляцию высокочастотного тока индуктора (не показана), которая может быть выполнена по любой из известных схем.A device for processing concrete mixture during the construction of bored piles contains a metal pipe 1, mounted on a casing 2 in a pre-drilled well 3 under a pile containing reinforcing metal rods 4. On the surface of the pipe 1 a winding 5 of coils of insulated copper busbars, the ends of which 6 and 7 are connected to a high-frequency power source 8. In the metal pipe 1, longitudinal windows 9 and 10 are arranged opposite each other (FIGS. 2 and 3). The power source 8 contains a control circuit that provides low-frequency modulation of the high-frequency current of the inductor (not shown), which can be performed according to any of the known schemes.

Способ обработки бетонной смеси осуществляют следующим образом. В сезонно-мерзлом грунте 12 пробуривают скважину на глубину сезонного промерзания 11, диаметр которой превышает диаметр ствола сваи 3. После установки обсадной трубы 2 с теряемым наконечником 14 в предварительно пробуренную скважину 3, в нее опускают арматурный каркас со стержнями 4. На обсадную трубу помещается индуктор, состоящий из металлической трубы 1 с продольными окнами 9 и 10 в ней, и обмоткой 5, концы которой 6 и 7 соединены с источником высокочастотного питания 8, который представляет собой преобразователь частоты. Длина индуктора соответствует глубине скважины 11. После этого включают источник питания 8 и схему низкочастотного модулирования высокочастотного тока источника питания. Мощность к индуктору в это время поступает импульсами с частотой от 50 до нескольких герц. Для нагрева же выгоднее использовать высокую частоту. Для устранения этого противоречия высокочастотный ток, протекающий по шинам индуктора, модулируют низкой частотой посредством известных устройств. Электромагнитное поле, создаваемое током, протекающим через медную шину 5, через продольные окна 9 и 10 воздействует на металлические стержни 4 арматуры, притягивая их. С максимальным усилием на арматуру будет действовать ближайший участок токопровода. При этом металлическая конструкция будет растягиваться, и по окончании импульса тока сила упругости возвращает стержни в исходное положение. Для того, чтобы колебания были ощутимыми, необходимо воздействовать на сваю с частотой от 50 до нескольких герц. Вибрации от арматурных стержней 4 распространяются в жидкой бетонной смеси, и при этом происходит ее уплотнение и усадка. Размер окон 9 и 10 в металлической трубе 1 определяется усилием, необходимым для колебания арматурных стержней и необходимой прочностью конструкции. Проведенные исследования показали, что размер окон по периметру трубы составляет от 30 до 40 процентов от ее периметра, а по длине трубы - от 50 до 80 процентов ее длины. Конструкция должна устанавливаться на рабочее место таким образом, чтобы расстояние между токопроводящими шинами и арматурой было минимальным. Таким образом, можно добиться наибольшего электромагнитного усилия на арматуру. Когда бетонная смесь начинает схватываться, система управления переводит источник питания из импульсного режима в обычный режим работы, при котором происходит нагрев металлической трубы 1, тепло от которой поступает в бетонную смесь и окружающий скважину грунт. Время протекания импульсного режима определяется составом смеси и окружающими условиями и задается при программировании схемы управления. В процессе подогрева сваи мощность, подаваемая на индуктор, будет регулироваться в зависимости от частоты рабочего тока и от геометрического исполнения индуктора и его размеров. После достижения бетоном расчетной температуры производят отключение источника питания.A method of processing a concrete mixture is as follows. In seasonally frozen soil 12, a well is drilled to the depth of seasonal freezing 11, the diameter of which exceeds the diameter of the pile shaft 3. After installing the casing 2 with a lost tip 14 into a pre-drilled well 3, a reinforcing cage with rods is lowered into it 4. The casing is placed an inductor consisting of a metal pipe 1 with longitudinal windows 9 and 10 in it, and a winding 5, the ends of which 6 and 7 are connected to a high-frequency power source 8, which is a frequency converter. The length of the inductor corresponds to the depth of the well 11. After that, the power source 8 and the low-frequency modulation circuit of the high-frequency current of the power source are turned on. Power to the inductor at this time comes in pulses with a frequency of from 50 to several hertz. For heating, it is more profitable to use a high frequency. To eliminate this contradiction, the high-frequency current flowing through the buses of the inductor is modulated at a low frequency by known devices. The electromagnetic field created by the current flowing through the copper bus 5 through the longitudinal windows 9 and 10 acts on the metal bars 4 of the reinforcement, attracting them. With maximum force, the closest current lead section will act on the valve. In this case, the metal structure will stretch, and at the end of the current pulse, the elastic force returns the rods to their original position. In order for the vibrations to be noticeable, it is necessary to act on the pile with a frequency of 50 to several hertz. The vibrations from the reinforcing rods 4 propagate in the liquid concrete mixture, and at the same time its compaction and shrinkage occurs. The size of the windows 9 and 10 in the metal pipe 1 is determined by the force necessary for the vibration of the reinforcing bars and the necessary strength of the structure. Studies have shown that the size of the windows along the perimeter of the pipe is from 30 to 40 percent of its perimeter, and along the length of the pipe from 50 to 80 percent of its length. The design should be installed on the workplace so that the distance between the conductive busbars and the fittings is minimal. Thus, it is possible to achieve the greatest electromagnetic force on the reinforcement. When the concrete mixture begins to set, the control system transfers the power source from the pulse mode to the normal mode of operation, in which the metal pipe 1 is heated, the heat from which enters the concrete mixture and the soil surrounding the well. The duration of the pulse mode is determined by the composition of the mixture and the surrounding conditions and is set when programming the control circuit. In the process of pile heating, the power supplied to the inductor will be regulated depending on the frequency of the operating current and on the geometric design of the inductor and its dimensions. After the concrete reaches the calculated temperature, the power source is turned off.

Таким образом, предлагаемый способ и реализующее его устройство позволяют проводить процесс обработки бетонной смеси при возведении свай одним простым и недорогим устройством, а также при этом упрощается схема управления процессом обработки.Thus, the proposed method and the device that implements it allow the process of processing concrete mixture during the construction of piles with one simple and inexpensive device, and also simplifies the process control scheme.

Claims

1. A method of processing concrete mixtures during the construction of bored reinforced concrete piles, including heating the surrounding soil and concrete mixture with an induction heater, characterized in that at the initial stage of heating the concrete mixture it is vibrated in a pulsed mode by exposing the metal reinforcement bars of the pile to an electromagnetic field generated by induction heater, for which the high-frequency current of the induction heater is subjected to low-frequency modulation, and at the beginning of setting concrete mixture and change the pulse mode to high frequency.

2. The device for implementing the method according to claim 1, characterized in that it consists of an induction heater containing a steel pipe worn on an asbestos cement casing pipe, and a winding in the form of turns of a copper bus connected to a high-frequency power source and located on a metal pipe, at the same time, diametrically opposing longitudinal windows are made in the steel pipe, and the power source contains a circuit that provides modulation of the high-frequency current with a low frequency.