СПОСОБ ОЦЕНКИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ БУРОНАБИВНОЙ СВАИ
METHOD FOR ASSESSMENT OF DRILLED PIPE BEARING CAPACITY

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу оценки несущей способности буронабивной сваи, и может быть использовано при проектировании свайных фундаментов зданий и сооружений.
Известен способ оценки несущей способности свай, включающий приложение к свае ударной нагрузки, измерение упругих вертикальных перемещений поверхности околосвайного грунта, определение предельного сопротивления по расчетной фомуле, измерение частоты колебаний околосвайного грунта и расчет предельного сопротивления сваи по острию по соответствующей формуле (авторское свидетельство СССР №973715, кл. E02D 33/00, 08.04.1981 г.).
Недостатком данного способа является невысокая достоверность оценки несущей способности сваи, поскольку в итоге ее необходимо сравнивать с испытанием сваи статичной вдавливающей нагрузкой.
Известен способ оценки несущей способности свай, включающий погружение зонда в массив грунта на заданную глубину, измерение величин бокового и лобового сопротивления зонда по грунту, определение глубины заложения сваи, дополнительное погружение зонда в массив грунта до глубины заложения сваи, определение бокового и лобового сопротивления грунта и определение несущей способности зонда и сваи (авторское свидетельство СССР №1079762, кл. E02D 33/00, 06.05.1982 г.).
Недостатком этого способа является то, что зонд является маломасштабной моделью сваи и переход от параметров зондирования к свае часто сопряжен с большими погрешностями. В дополнение к этому статическое зондирование имеет ограниченную область применения.
Известен способ оценки несущей способности сваи, заключающийся в том, что в массив грунта посредством гидравлической системы с воздушным демпфером и статической нагрузкой погружают зонд, измеряют величину скорости перемещения зонда при стабилизации зонда на каждой ступени нагрузки, лобового и бокового сопротивления зонда, давления воздуха в демпфере в момент движения зонда и в момент равновесного состояния, дополнительного перемещения зонда до наступления равновесного состояния и определение предельного сопротивления сваи в точках зондирования с учетом величины коэффициента жесткости свайного основания, определенного по соответствующей формуле (авторское свидетельство СССР №1178849, кл. E02D 33/00, 03.11.1983 г.).
Недостаток данного способа состоит в том, что статическое зондирование имеет ограниченную область применения и равновесное состояние не в полной мере моделирует процесс испытания сваи на статическую вдавливающую нагрузку.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ оценки несущей способности буронабивной сваи, заключающийся в том, что проводят полевые испытания грунта штампом, при этом загружают штамп в грунт с помощью гидравлического домкрата с приложением к нему ступенчато-возрастающей вдавливающей нагрузки с выдержкой каждой ступени во времени, наблюдают за обсадной трубой, оценивают полученные результаты испытаний и рассчитывают частное значение предельного сопротивления грунта под острием сваи (Руководство по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов. Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства, 1979 г., стр.4-12, 30-35).
Недостатком данного способа является невысокая точность оценки несущей способности буронабивной сваи.
Техническим результатом, достигаемым в заявленном техническом решении, является повышение точности оценки несущей способности буронабивной сваи.
Технический результат достигается тем, что в способе оценки несущей способности буронабивной сваи, заключающемся в том, что проводят полевые испытания грунта штампом, при этом загружают штамп в грунт с помощью гидравлического домкрата с приложением к нему ступенчато-возрастающей вдавливающей нагрузки с выдержкой каждой ступени во времени, наблюдают за обсадной трубой, оценивают полученные результаты испытаний и рассчитывают частное значение предельного сопротивления грунта под острием сваи, одновременно допускают перемещение обсадной трубы, фиксируют данное перемещение на каждой ступени нагрузки, рассчитывают частное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи и, используя принцип суперпозиции, определяют несущую способность буронабивной сваи как сумму несущей способности под острием сваи и боковой поверхности.
2
Сущность способа поясняется чертежами. На фиг.1 представлена установка для проведения полевых испытаний буронабивных свай. На фиг.2 представлен график зависимости перемещения S (мм) штампа от нагрузки Р (кг/см). На фиг.3 представлен график зависимости перемещения δ (мм) обсадной трубы от нагрузки N (тс).
Установка для проведения полевых испытаний буронабивных свай состоит из упорной балки 1, закрепленной с помощью пальцев 2 на обсадной трубе 3, гидродомкрата 4, установленного на столике штанги 5, на нижнем конце которой закреплен круглый штамп 6 с центраторами 7, размещенными внутри обсадной трубы 3. На верхнем конце обсадной трубы 3 установлены два прогибомера 8, которые через плечо штанги 5 и грузов 9 измеряют перемещение штампа 6. Гидродомкрат 4 соединен с маслостанцией 10. Маслостанция 10 создает давление в гидродомкрате 4, которое регулируется манометром 11. С помощью нивелира 12 осуществляется наблюдение за обсадной трубой 3 и измерение ее перемещения. Наблюдение за перемещением обсадной трубы 3 и измерение данного перемещения может осуществляться также прогибомерами, лазерными теодолитами. Песок (грунт) или вода 13 предназначены для создания пригрузки основания скважины при моделировании природного состояния сваи.
Сущность способа заключается в следующем.
С помощью установки, представленной на фиг.1, проводят полевые испытания грунта штампом 6, осуществляемые в соответствии с Руководством по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов, Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства, 1979 г.
2
1
2
1
1
1
1
1
2
2
2
2
1
2
Штамп 6 загружают в грунт с помощью гидравлического домкрата 4, прикладывая к нему ступенчато-возрастающую вдавливающую нагрузку с выдержкой каждой ступени во времени (в зависимости от вида грунта), наблюдают за штампом 6 и обсадной трубой 3. Назначают 7-10 ступеней нагружения. Исходя из проектной (расчетной) нагрузки на сваю рассчитывают величину ступени нагрузки путем деления проектной нагрузки на количество ступеней нагружения. Прогибомерами 8, фиксируют перемещение верха штампа 6 после стабилизации процесса перемещения. Одновременно с помощью нивелира 12 наблюдают и фиксируют перемещение обсадной трубы 3 в том же режиме, что и за штампом. Осуществляют все ступени нагружения. После этого производят разгрузку штампа 6 и обсадной трубы 3. Оценивают результаты экспериментальных наблюдений за процессом нагружения и разгрузки, строят графики: график зависимости перемещения S (мм) штампа 6 от нагрузки Р (кг/см), см. фиг.2, и график зависимости перемещения δ (мм) обсадной трубы 3 от нагрузки N (тc), см. фиг.3. По графикам на фиг.2 и фиг.3 на основе принятых критериев рассчитывают частное сопротивление грунта под острием сваи R и на боковой поверхности сваи R. Далее по значению R рассчитывают несущую способность под острием сваи по формуле F=kRS, где k - коэффициент перехода от штампа к острию сваи, S - площадь острия сваи. По значению R рассчитывают несущую способность боковой поверхности сваи F=nRS, где n - коэффициент перехода от трения по боковой поверхности обсадной трубы к боковой поверхности сваи. Используя принцип суперпозиции, определяют несущую способность буронабивной сваи как сумму несущей способности под острием сваи и ее боковой поверхности, т.е. F=F+F.
Пример осуществления заявленного способа.
2
1
2
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
1
2
Заявленный способ был осуществлен на строительстве путепровода (эстакады) через МКАД (г.Москва) в районе Вешняки - Люберцы. Фундаменты под опоры запроектированы на буронабивных сваях диаметром 1500 мм и длиной 28 м при проектной нагрузке 320 тс (3200 кН). В основании острия сваи - глина юрская полутвердой консистенции. Испытания проводились в соответствии с Руководством по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов, Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства, 1979 г. Использовался штамп диаметром 325 мм. Нагрузку на штамп 6 осуществляли гидравлическим домкратом 4. В качестве домкрата 4 использовался домкрат ДУ100П250. Нагружение осуществляли ступенчато возрастающей вдавливающей нагрузкой с выдержкой каждой ступени во времени (в зависимости от вида грунта) до стабилизации процесса перемещения штампа 6 и обсадной трубы 3. Каждая ступень нагрузки была равна 6,3 тс. Перемещение штампа 6 фиксировали двумя прогибомерами 8. В качестве прогибомеров 8 использовались прогибомеры 6ПАО. Общее суммарное перемещение штампа 6 составило 38,7 мм. За перемещениями обсадной трубы 3 при нагружении штампа 6 наблюдали с помощью нивелира 12. В качестве нивелира 12 использовался нивелир Nikon. Общее суммарное перемещение обсадной трубы 3 составило 2,7 мм. Далее были построены графики: график зависимости перемещения S (мм) штампа 6 от нагрузки P (кг/см), см. фиг.2, и график зависимости перемещения δ (мм) обсадной трубы 3 от нагрузки N (тс), см. фиг.3. По графикам на фиг.2 и фиг.3 на основе принятых критериев рассчитывают частное сопротивление грунта под острием сваи R и на боковой поверхности сваи R. Далее по значению R рассчитывают несущую способность под острием сваи по формуле F=kRS, где k - коэффициент перехода от штампа к острию сваи, S - площадь острия сваи. Расчет дал результат F=382,5 тс (кН). По значению R рассчитывают несущую способность боковой поверхности сваи F=nRS, где n - коэффициент перехода от трения по боковой поверхности обсадной трубы к боковой поверхности сваи. Расчет дал результат F=48,0 тс (кН). Используя принцип суперпозиции определяют несущую способность буронабивной сваи как сумму несущей способности под острием сваи и ее боковой поверхности, т.е. F=F+F=382,5+48,0=430,5 тс или 4305 кН.
Пример осуществления способа-прототипа.
Способ по прототипу осуществлялся на объектах транспортного строительства в массовом порядке. В данном случае на строительстве путепровода (эстакады) через МКАД (г.Москва) в районе Вешняки - Люберцы. Фундаменты под опоры запроектированы на буронабивных сваях диаметром 1500 мм и длиной 28 м. В основании острия сваи - глина юрская, полутвердой консистенции. Проводились штатные полевые испытания и по их результатам оценивали несущую способность буронабивной сваи, рассчитывая частное сопротивление грунта под острием сваи, а затем используя коэффициент перехода от штампа к острию сваи, определили несущую способность сваи. В данном случае был получен результат F=382,5 тс (кН).
Сравнив полученные результаты, можно отметить, что заявленный способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность оценки несущей способности буронабивной сваи до 10%, уменьшить количество свай в ростверке до 7% за счет того, что было получено большее значение несущей способности сваи, и уменьшить количество испытаний до 6% за счет повышения точности (достоверности) оценки.