Затвор шнека представляет собой запорный элемент, расположенный в нижней части полого бурового инструмента. Этот компонент предотвращает попадание грунта и воды внутрь полости шнека во время бурения скважин и открывается при подаче бетона под давлением. Правильная работа затвора критически важна для качества буронабивных свай и эффективности строительного процесса по технологии CFA.
Что такое затвор шнека и его назначение
Затвор шнека является ключевым компонентом технологии непрерывного полого шнека, известной как CFA (Continuous Flight Auger) или НПШ. Это специализированное устройство монтируется на конце головной секции бурового инструмента и выполняет функцию временной заглушки. Затвор часто называют потеряемой пробкой, поскольку после выполнения работ он остается в грунте вместе с бетонным телом сваи.
Основная задача затвора заключается в герметизации внутренней полости шнека на этапе бурения. Без этого элемента грунтовые массы и вода проникали бы внутрь штанги, делая невозможной последующую подачу бетонной смеси. Затвор обеспечивает чистоту рабочего канала и создает условия для формирования качественной буронабивной сваи.
Принцип функционирования в технологии НПШ
В процессе работы затвор шнека проходит два основных этапа. На стадии бурения он находится в закрытом положении, препятствуя заполнению полости грунтом и подземными водами. Это позволяет буровой колонне погружаться на проектную глубину с сохранением функциональности всей системы.
При достижении заданной отметки начинается подача бетонной смеси через центральный канал шнека. Давление бетона, достигающее до 5 бар, вызывает автоматическое открытие затвора. Одновременно с извлечением бурового инструмента происходит непрерывное заполнение скважины бетоном, формируя монолитное тело сваи диаметром от 400 до 1200 миллиметров, а в отдельных случаях до 1500 миллиметров.
Конструкция и типы затворов шнека
Современные затворы изготавливаются из высокопрочных материалов, способных выдерживать значительные механические нагрузки и давление грунта. Конструктивно элемент состоит из корпуса, запорной пластины и механизма открывания, срабатывающего от гидравлического давления бетонной смеси.
- Одноразовые потеряемые затворы из стали, остающиеся в грунте после завершения бетонирования
- Механические затворы с пружинным механизмом, открывающиеся при достижении определенного давления
- Откидные конструкции на шарнирном соединении для работы в грунтах средней плотности
- Разрушаемые заглушки для одноразового применения в сложных геологических условиях
Материалы изготовления затворов
Для производства затворов используют углеродистую сталь марок ST52 или Q355B с последующей термической обработкой. Рабочие поверхности подвергаются упрочнению для повышения износостойкости. В условиях абразивных грунтов применяют наплавку твердосплавными материалами с карбидом вольфрама, что увеличивает срок службы элемента.
Толщина стенок затвора варьируется в зависимости от диаметра шнека и характеристик грунта. Для больших диаметров используются усиленные конструкции с ребрами жесткости, предотвращающими деформацию под давлением окружающего грунта и гидростатическим напором подземных вод.
Принцип работы затвора при бурении
Важно понимать: затвор шнека работает в экстремальных условиях, подвергаясь воздействию высокого давления, абразивного износа и переменных нагрузок. Качество его функционирования напрямую влияет на целостность и прочность буронабивной сваи.
На начальной стадии бурения шнековая колонна погружается в грунт вращательным движением. Затвор в это время герметично закрывает выходное отверстие, создавая изолированную полость внутри штанги. Давление грунта на затвор может достигать значительных величин на глубине, особенно в водонасыщенных породах.
После достижения проектной глубины в полость шнека подается бетонная смесь под контролируемым давлением. Это давление превышает удерживающую способность затвора, вызывая его открытие. Бетон начинает поступать в скважину, вытесняя затвор и заполняя пространство по мере подъема бурового инструмента с постоянной контролируемой скоростью.
Износ затвора шнека
Затвор подвергается интенсивному абразивному износу в процессе эксплуатации. Частицы песка, гравия и других твердых включений в грунте действуют как абразив, постепенно стирая металл. Скорость износа зависит от типа грунта, частоты использования и качества материала затвора.
Основные причины износа
- Механическое воздействие твердых частиц грунта при вращении шнека в процессе бурения
- Коррозионные процессы при работе в грунтовых водах с агрессивным химическим составом
- Циклические нагрузки при многократном использовании механических затворов
- Гидроудары при подаче бетона с избыточным давлением
- Температурные деформации при работе в различных климатических условиях
В скальных и полускальных грунтах износ затвора происходит значительно быстрее по сравнению с мягкими глинистыми породами. Присутствие крупных каменистых включений может привести к деформации или повреждению запорного элемента уже после нескольких циклов бурения.
Признаки неисправности затвора
| Признак | Описание проблемы |
|---|
