Самодельный ручной бур для устройства буронабивного фундамента

Самодельный ручной бур для устройства буронабивного фундамента

Усовершенствованная конструкция популярного бура ТИСЭ

Свойства бура:

Глубина бурения - до 3,5 метров.

Диаметр скважины под столб - 22 см.

Диаметр выемки в грунте под подушку фундамента - 65 см.

Расчетное время бурения под один фундаментный столб с подушкой - около 1 часа.

Бурение расширительной части (под подушку фундамента) - многовариантное, рассчитано под непредвиденные проблемы при бурении (глина, твердые включения, корни т. п.):

- два положения плуга с выносом диаметром 65 см и с выносом диаметром 45 см;

- два направления вращения - в сторону лемеха плуга и в сторону бороны для рыхления;

- возможность при возникновении препятствий наклона вала-штанги в любую сторону и манипуляции пилообразным фиксатором - "гребенкой";

- значительный запас длины штанги бура относительно обычного заложения фундамента 2 метра (плюс еще 1,5 метра - всего до 3,5 м) позволяет при возникновении непреодолимых препятствий при отрывке полноразмерной ниши под подушку перейти на бОльшую глубину заложения и отрыть нишу ниже препятствия. Также можно отрыть ниши под две подушки одна над другой - для увеличения в 1,5 - 2 раза несущей способности фундамента (см. рисунок внизу - используется свойство грунта распределять нагрузку примерно под 45о)

Конструкция состоит из 3-х основных частей:

1. Бур с двухметровой штангой - для бурения скважины под столб фундамента;

2. Плуг с двухметровой штангой - для устройства выемки грунта полусферической формы снизу скважины - под заливку подушки фундамента;

3. Ручка со штангой 1,7 м, попеременно насаживаемая телескопически либо на штангу бура, либо на штангу плуга. Может насаживаться кверху ногами для уменьшения высоты ручки при начале бурения.

Вес бура в сборе с телескопической штангой-ручкой (без поднимаемого грунта) - 6 кг

Вес плуга в сборе с телескопической штангой-ручкой (без поднимаемого грунта) - 8 кг. Вес с поднимаемым грунтом (+ 5 кг) - 13 кг

Стоимость материалов для изготовления бура - не превышает 50 долл.: для образца приобретались три двухметровых квадратных профиля: 20х20х1,5 мм - 2 шт. и 25х25х2 мм - 1 шт. (всё - 500 руб в ценах 2014 г.); нож от фуговального станка (200 руб.); старый неосвидетельствованный газовый баллон 12 литров (300 руб), остальное подбиралось из старья, что нашлось под рукой - уголок гнутого профиля 25х25х2 мм; катанка D12 мм и прочие мелочи.

Для изготовления необходима электросварка, болгарка, дрель.

Справочно:

1. Объем бетона для заливки одного столба глубиной 2 метра - 0,136 м3 (136 литров)

2. Предел прочности столба из среднепрочного бетона марки 300 кгс/см2 х 380.13 см2 (площадь сечения столба диаметром 22 см) = 114 тонн на одну сваю (одна свая держит вес всего приличного кирпичного одноэтажного дома). Таким образом, представленного диаметра столбов хватит с лихвой для любого типа индивидуального строительства, необходимости бурить скважины большего диаметра просто нет.

3. Несущая способность грунтов одного фундаментного столба с подошвой диаметром 65 см (площадью 3318 см2) и с уменьшенной подошвой 45 см (площадью 1590 см2)

Грунт

Предел прочности грунта (кгс/см2)

Предел давления на одну подушку диаметром 65 см (тонн)

Предел давления на одну подушку диаметром 45 см - при уменьшенном вылете плуга (тонн)

Щебень, гравий

Пески крупные, гравелистые

Пески средней крупности

Пески мелкие и пылеватые плотные

Пески мелкие средней плотности

Суспеси твердые и пластичные

Суглинки твёрдые и пластичные

Глины твёрдые

Глины пластичные

5	16,5	8
4	13	6
3	10	4,5
2	6,5	3
1,5	5	2
2,5	8	4
1,5	5	2
4	13	6
1,5	5	2

Объем подушки фундамента во втором уменьшенном положении плуга (на 10 см меньше диаметром) - 22,5 см уменьшается всего на 0,04 м3 (40 литров - два ведра бетона), а площадь основания фундамента при этом сокращается непропорционально много - почти в два раза. Поэтому экономить на бетоне и делать уменьшенную подушку диаметром 45 см мало смысла, а второе положение плуга лучше использовать в аварийных случаях для предварительной проходки, если сходу не удается пройти фундамент в первом положении 65 см. (камни, корни и проч.)

Как делается фундамент по технологии ТИСЭ:

Конструкция, изготовление:

За стартовый образец взята конструкция промышленного бура ТИСЭ, имеющегося в продаже стоимостью до 200 долл. (до 6500 тыс. руб по ценам 2014 г.) - ВИДЕООБЗОР 1,ВИДЕООБЗОР 2

Существенного выигрыша универсальная конструкция ТИСЭ - бура, совмещенного с плугом, не просматривается, поэтому бур было решено сделать раздельно с плугом - на отдельных штангах из профиля 20х20х1,5 мм длиной по 2 метра, и одной общей более толстой штангой 25х25х2 мм с ручкой длиной 1,7 метра, наставляемой телескопически попеременно на бур и на плуг. При начале бурения штанга плуга выступает вверх от ручки, что не мешает бурению, но в результате конструкция бура и плуга позволяет без дополнительных вставок бурить под сваи глубиной до 3,5 метров. Бур и плуг в отдельном исполнении дало существенные выигрыши, например, бур можно исполнить в более агрессивной конструкции (можно было сделать даже шнековым, но здесь ограничились ложковым). В конструкции плуга, отдельного от бура, можно использовать противоположное вращение, навесив с обратной стороны от лемеха подвижный рыхлитель-борону, что расширяет возможности плуга при возникновении нештатных ситуаций, когда он упирается в камни, артефакты культурного слоя, глину, твердые включения. Кроме того, появилась возможность плуг сделать вращающимся относительно контейнера-накопителя, что снизило требуемые усилия при отрывке ниши под подушку.

Для изготовления ножей, резцов бура, а также лемеха плуга был использован полностью нож станка-фуганка размером 35х3х600 мм :

В связи со специфическим расположением-смещением ножей бура, для преодоления «мертвой зоны», налипания вокруг оси и первичного рыхления, ниже ножей приварено два сегмента (не 180, а где-то по 150 градусов – чтобы не шнек не забивался) подходящей шайбы диаметром 60 мм, приваренных со шнековым смещением и заточенных с одной стороны. В качестве первичного сверла взято сверло диаметром 20 мм с победитовым наконечником — оказалось лишним в хозяйстве, а вообще нужды в нем нет, можно использовать просто полосу, закрученную в тисках винтом.

Ножи бура поворачиваются в трех плоскостях везде по 15 град.

1) Вокруг своей оси:

2) Наклоняются к валу вращения, чтобы бурение шло конусом (как бы раздвигая грунт, на случай, например, попадания на толстый корень, который не разрезался ножом бура):

3) Каждое лезвие смещено вперед и повернуто относительно линии диаметра (показанного черным фломастером) затем, чтобы нож срезал грунт не «бульдозерным», а «грейдерным» режущим-скользящим образом с направлением от центра:

Для изготовления контейнера-накопителя под плуг, а также кольца для бура был использован старый стандартный газовый баллон емкостью 12 литров. Его внешний диаметр - 22 см.

Скругленное дно контейнера-накопителя очень хорошо подходит под подготовку после конусного бура, а также не мешает наклону штанги-вала плуга во время манипуляций: если грунт жесткий и не позволяет выполнить разрыхление, лемех-нож зарылся, то достаточно отклонить вал в сторону, противоположную расположению плуга, при этом плуг приподнимется, зафиксированный прямым зубчатым фиксатором - тягой с пилообразной насечкой. Перейти на меньший забор грунта можно наклонив штангу наоборот - в сторону плуга, который зафиксируется "гребенкой" в более высоком положении. Бурильщику предоставляется два варианта манипулирования пилообразным фиксатором и высотой плуга: за шнур, а также путем отклонения туда-сюда вала плуга. Разрыхленный грунт попадает в контейнер-накопитель грунта, и после его заполнения шнуром подтягивают тягу с насечкой вверх, при этом фиксатор выходит из зацепления с упором, и плуг принимает вертикальное положение, удобное для поднятия бура и его опорожнения.

Контейнер-накопитель для грунта под плуг был вырезан высотой 11 см, а кольцо под бур - 8 см. Надо подчистить болгаркой выступающие наружу сварные швы, убрать монтажное кольцо из полосы изнутри баллона (видно на фото).

При данной высоте объем контейнера грунта под плугом со скругленными краями составляет 4000 см3.

Объем подушки-полусферы диаметром 65 см за вычетом ранее вынутого грунта буром - 60000 см3. Чтобы выкопать плугом этот объем, нужно конструкцию плуга поднять на поверхность около 15 раз (если грунт насыпается в контейнер без верха). Если принять на один подъем - 1 минуту, плюс 1 минута на заполнение-вращение, то устройство подушки займет 30 минут. Если скорость бурения вертикальной скважины 10 см в минуту, то бурение 2-х метровой скважины займет 20 минут. Итого устройство земляной подготовки одной буронабивной сваи высотой 2 м, диметром 22 см и диаметром подушки 65 см занимает расчетное время - 1 час (с учетом непредвиденных задержек и отдыха).

Кстати, из верхушки того же газового баллона можно изготовить более простую конструкцию бура, пользуясь таким раскроем:

Требуется врезать на верхней части баллона две такие развертки друг напротив друга (можно и три). Закрашенное черным - удаляется, остальное отгибается:

"1" - отгибается на 15о вниз по ходу бура, это будет резец;

"2" - отгибается в створ с цилиндрической частью и слегка в стороны - это будут боковые зубы, прорезающие грунт слегка шире цилиндра бура (чтобы не застревал);

"3" - отгибается в обратную сторону по ходу бура - внутрь цилиндра примерно на 30о - это будет отбортовка-шнек для грунта.

Затем можно лишнюю цилиндрическую часть баллона удалить - прямо по производственному шву.

В нашем случае потребовалось шнеки изготавливать так:

На фото - развертка сегмента шнека (требуется две штуки). Для сравнения приложен круглый абразивный диск - видно, что шнек не круглый, а овальный, иначе не удастся придать ему винтовую форму внутри цилиндрической трубы диаметром 22 см. Лучше заранее вырезать и подогнать шаблон из картона.

Конструкция навесного плуга с качающейся бороной:

В качестве основы плуга - треугольник из цельного уголка 25х25х2 с вырезанной полкой в большей части. Оставшаяся целая часть уголка (над лемехом-ножом плуга) слегка разогнута. Снизу к ней приварен лемех (из ножа фуговального станка). Вертикальная часть уголка используется в качестве отбортовки-отвала грунта. Сзади ее приваривается качающаяся борона: при вращении плуга в сторону лемеха, зубы бороны поднимаются (на фото - "1") и скользят по грунту, не мешая срезке грунта плугом, а при противоположном вращении зубы бороны подворачиваются (на фото - "2") и происходит рыхление грунта.

Конструктивно зубы бороны приварены к кругляку диаметром 12 мм, который свободно вращается в нескольких втулках из обычной трубы 1/2". Втулки приварены к вертикальному уголку-отвалу.

Фиксатор с пилообразной насечкой изготавливается из двух продольных половин. Вначале на одной из них болгаркой с обдирным (толстым) диском нарезаются зубы, с наклоном, чтобы в одну сторону происходило проскальзывание, в другую - зацеп. Затем привариваются параллельная половина - направляющая рейка.

Накопитель грунта под плугом, в отличие от накопителя под буром, вращается относительно штанги с плугом. Конструктивно в накопитель (дно газового баллона) вварен отрезок трубы 1/2", а в штангу вварен кругляк диаметром 12 мм, на конце которого нарезана резьба. Всё закреплено законтренной гайкой (можно обойтись без резьбы - шплинтом).

Ось подъема плуга и ось вращения штанги разнесены на 50 мм (больше, чем в конструкции ТИСЭ), что дает разницу в диаметре откапываемой ниши под подушку фундамента в 10 см: плуг собирается под диаметр 65 и под 45 см.

Верхняя телескопическая штанга (общая для бура и для плуга), изготовленная из коробчатого профиля 25х25х2 мм, фиксируется на любой высоте четырьмя зажимами с барашками вдоль двух плоскостей (чтобы не деформировать внутренние штанги). Сверху приварена ручка из трубы - 3/4", а под ней - мотовильце для наматывания и закрепления шпагата при манипуляциях плугом. Сверху отверстие штанги ничем не перекрыто, ручка приваривается снаружи - чтобы другая внутренняя тонкая штанга бура проходила насквозь (при начале бурения она несколько выступает сверху) наружу. Если покажется, что ручка при начале бурения (обычно это не столь важно) слишком высоко (1,8 м), тогда можно верхнюю штангу перевернуть вверх ногами, так и насадить на тонкую штангу бура, и начать бурить в таком положении, а потом перевернуть обратно.

Дополнительно, для вибрирования бетона в скважине и продавливания арматуры до подушки фундамента была изготовлена штанга - насадка к перформатору:

Если есть перфоратор с функцией удара без вращения, то нет необходимости приобретать на разовую работу вибратор. Можно изготовить насадку-удлиннитель к пефоратору, которая позволит в залитую бетоном скважину опускать араматуру, согнутую буквой "U", и заодно хорошо провибрировать бетон.

За основу взят прут квадратного сечения 10х10 мм. С одной стороны приварена рогатинка - для упирания в согнутую часть арматуры (рогатинка сделана пошире - чтобы легче было найти арматуру на глубине при выскальзывании, утере упора). Потом конструкция немного поменялась - вместо обычной рогатинки из катанки была изготовлена рогатинка из листовой стали, с заостренными ножами "ласточкин хвост" - для срубания при помощи перфоратора толстых корней в глубине скважины, если с ними не справится ручной бур. Также есть расчет, что на этапе рытья скважины, при упирании ручного бура в непреодолимое препятствие, например булыжник, удастся с помощью этого удлиннителя и перформатора, включив ударно-вращательный режим, взрыхлить грунт в скважине, выковырять большой булыжник и продолжить бурение ручным буром.

С другой стороны прута приварен хвостовик от старого перфораторного бура (прирезан наискосок, чтобы соблюсти соосность) для прищелкивания в патрон перфоратора. Если нет перфоратора, но есть ударная дрель, то хвостовик не нужен, но нужно изготовить чашку, вставляющуюся в патрон дрели. Можно, например, отрезать головку от старого торцового ключа побольше размером, нежели сечение прута - чтобы на прут передавался только удар, а не вращение.