УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОЛЫХ СВАЙ И ГРУНТОВ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к испытаниям несущей способности свай и грунтов в процессе строительства.
Известно устройство для испытания свай на выдергивание, когда к погруженной в грунт свае прилагают выдергивающую нагрузку. Она создается гидравлическими домкратами, опирающимися на анкерную балку и дополнительные опоры под этой балкой. (Руководство по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов. М., ЦНИИС, 1979, п.п.3.28-3.34 на стр.29-30, приложение 8 на стр.62).
Недостаток этого устройства заключается в сложности вспомогательного оборудования, включающего дополнительные опоры и анкерную балку.
Известно также устройство для испытания свай вдавливанием, когда к погруженной в грунт свае прилагают вдавливающую нагрузку. Она
создается гидравлическими домкратами, упирающимися в анкерную балку, которая в свою очередь заанкерена с помощью специальных опор. (Руководство по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов. М., ЦНИИС, 1979, п.п.3.12-3.19 на стр.23-27, приложение 9 на стр.63).
Недостаток этого устройства заключается в сложности вспомогательного оборудования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство для испытания сваи с помощью штампа. При этом свая выполняется полой - в виде железобетонной оболочки или металлической трубы. В полости сваи располагается металлическая труба меньшего диаметра с днищем, которое и является штампом. В верхней части полой сваи устраивается упорная балка для упора в нее гидравлического домкрата, с помощью которого передается давление на трубу-штамп. (Руководство по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов. М., Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства, 1979, п.п.4.23-4.27, приложение 10, стр.64).
Недостатком этого устройства является то, что в процессе испытания сваи определяется ее несущая способность только по торцу. Несущая способность сваи по боковой поверхности этим способом не определяется. Кроме того, для обеспечения условий подобия работы основания под штампом и вне его, в оболочке, необходимо помимо штампа применять кольцевой пригруз.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в том, чтобы создать устройство, позволяющее в процессе штамповых испытаний определять несущую способность сваи одновременно по боковой поверхности и по торцу.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для испытаний несущей способности полых свай и грунтов, включающем в себя вертикально ориентированную трубу, расположенную внутри погруженной в грунт полой сваи, имеющую в нижней части штамп, представляющий собой вваренное в трубу днище, а в верхней части - площадку для установки гидравлических домкратов, балку, закрепленную в верхней части полой сваи для упора гидравлических домкратов, расположенных между балкой и площадкой, реперную раму, окаймляющую полую сваю с опиранием ее на грунт вне силового контура устройства для испытаний, и измерительную оснастку, закрепленную на реперной раме, в нижней части трубы со штампом закреплена сменная опорная плита, выполненная в виде кольца, внутренний диаметр которого равен диаметру штампа, при этом сменная опорная плита закреплена на трубе со штампом посредством устройства, позволяющего менять ее положение по высоте трубы.
Кроме того, устройство для испытания несущей способности полых свай и грунтов может содержать размещенную на уровне штампа вспомогательную плиту, прикрепленную к низу сменной опорной плиты посредством пружин на расстоянии, определяемом свободной длиной пружин, при этом вспомогательная плита имеет такие же размеры, как и опорная.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена схема устройства для испытания несущей способности полых свай и грунтов;
на фиг.2 показан разрез по оси А-А на фиг.1;
на фиг.3 показано устройство перед началом испытаний с помощью штампа;
на фиг.4 показано устройство после завершения испытаний с помощью штампа.
к
o
к
o
к
Устройство 1 для испытания полой сваи 2, погруженной в грунт 3, включает в себя трубу 4, в нижней части которой имеется штамп 5 выполненный в виде днища, вваренного в трубу 4. Устройство 1 содержит сменную опорную плиту 6 в виде кольца, имеющего внутренний диаметр равный диаметру штампа. Внешний диаметр кольца определяется по зависимости D≤D - а, где D - внешний диаметр кольца, см; D - диаметр полости, см; а - зазор, принимаемый в диапазоне от 2 до 4 см. Сменная опорная плита служит для увеличения площади штампа, что необходимо в случае испытания слабонесущих грунтов и для увеличения выдергивающей нагрузки. Внешний диаметр D сменной опорной плиты 6 меняется в зависимости от несущей способности грунтов основания. Размеры зазора «а» между внутренней поверхностью полой сваи 2 и сменной опорной плитой 6 определяются тем, чтобы трубу 4 со штампом 5 и опорной плитой 6 можно было без трения опустить на дно скважины. Сменная опорная плита 6 снабжена ребрами жесткости 7, обечайкой 8 и устройством 9 для крепления к трубе 4. Устройство 9 может быть выполнено в виде болтового соединения, сварных швов и др. В качестве полой сваи 2 могут быть использованы металлическая труба или железобетонная оболочка. В верхней части трубы 4 имеется опорная площадка 10, предназначенная для установки на ней гидравлических домкратов 11. Верхняя часть полой сваи 2 оборудована упорной балкой 12 с анкерными тягами 13, предназначенной для упора в нее гидравлических домкратов 11. Вне силового контура устройства 1 смонтирована реперная рама 14, на которой установлены измерительная оснастка 15 для определения вертикальных перемещений полой сваи 2 от выдергивающей нагрузки и измерительная оснастка 16 для определения вертикальных перемещений трубы 4 от вдавливающей нагрузки. Устройство 9 для крепления позволяет менять положение сменной опорной плиты 6 по высоте трубы 4. Изменение положения сменной опорной плиты 6
необходимо, чтобы проводить испытания стандартным способом, т.е. только при помощи штампа 5. Когда сменная опорная плита 6 применяется в поднятом состоянии, к ней крепится устройство для пригруза в виде вспомогательной плиты 17, которая имеет такие же размеры, что и сменная опорная плита 6. Она прикреплена к сменной опорной плите 6 с помощью пружин 18 и может свободно перемещаться относительно трубы 4 и сменной опорной плиты 6. Расстояние между сменной и вспомогательной плитами равно свободной длине пружин. Вспомогательная плита вместе с пружинами выполняет роль пригруза.
Устройство для испытания полой сваи работает следующим образом. При повышении давления в гидравлических домкратах полая свая испытывает выдергивающую нагрузку, а труба со штампом - вдавливающую. Вместе со штампом в грунт вдавливается сменная опорная плита, расположенная в одном уровне со штампом. Увеличение давления в гидравлических домкратах происходит ступенчато. На каждой ступени увеличения давления при помощи измерительной оснастки фиксируют вертикальные перемещения полой сваи и трубы со штампом соответственно от выдергивающей и вдавливающей нагрузок, а также время действия каждой ступени нагрузки. По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа (или выдавливания сваи) от давления и на основании его определяют несущую способность грунтов (ГОСТ 20276-99. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости, п.5.5, приложение Д, на стр.76). С учетом данных о несущей способности грунтов по боковой поверхности и по торцу сваи определяют ее несущую способность. При этом должно быть выполнено условие (СНиП 2.02.03-85, п.3.10):
где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;
d
F - несущая способность сваи по грунту;
k
ν - коэффициент надежности.
k
d
бок
б
торц
т
N·ν=F=F·ν+F·ν,
бок
торц
где F и F - несущая способность сваи соответственно по боковой поверхности и по торцу;
б
т
ν и ν - коэффициенты условий работы грунта соответственно по боковой поверхности и по торцу.
бок
торц.
В общем случае F≠F Здесь возможны два основных варианта испытаний.
k
Вариант 1. N·ν≤2P, где Р - усилие на домкратах.
Испытания могут быть прекращены, т.к. необходимая расчетная нагрузка на сваю обеспечена.
k
Вариант 2. N·ν>2P.
Этот вариант представлен двумя случаями.
бок
б
Случай А: при F·ν=Р полая свая выдавливается из грунта. При этом определяется несущая способность полой сваи по боковой поверхности и остается неопределенной несущая способность по торцу. В этом случае сменная опорная плита оборудуется вспомогательной плитой с пружинами и закрепляется на трубе таким образом, что штамп и вспомогательная плита находятся на одном уровне. В процессе испытаний штамп погружается в грунт основания, пружины при этом сжимаются, создавая пригруз той части поверхности грунта, которая расположена между штампом и полой сваей.
торц
т
бок
б
Случай Б: при F·ν=Р перемещение штампа вместе со сменной опорной плитой, расположенными в одном уровне, превышает допустимые. При этом F·ν>P остается неизвестным. В этом случае несущая способность по боковой поверхности определяется либо
расчетным путем, либо в результате дополнительных испытаний на выдавливание по стандартной методике.
Эффективность предлагаемого устройства для испытания несущей способности полых свай и грунтов заключается в том, что в процессе одного испытания можно определить одновременно несущую способность по грунту полой сваи по боковой поверхности и по торцу. При этом точность определения несущей способности по торцу достигается более высокой, чем при стандартном способе штамповых испытаний. Это происходит за счет того, что в предлагаемом способе площадь штампа искусственно увеличивается путем применения сменной опорной плиты, при этом их общая площадь близка к площади скважины. Это позволяет определять фактическую несущую способность по торцу. В стандартном способе размеры штампа составляют от 10 до 40% сечения скважины. При этом штамп является по существу моделью, и полученные с его помощью результаты всегда отличаются от фактических показателей. Трудоемкость испытаний предлагаемым способом ниже, чем стандартными способами за счет отказа от дополнительных испытаний на выдергивание. При этом отпадает необходимость в устройстве силовой оснастки. Трудоемкость испытаний снижается также за счет отказа от такой операции при стандартных испытаниях как дополнительный пригруз, предназначенный для уравновешения выдавливаемого грунта при штамповых испытаниях на уровне заложения подошвы полой сваи. При стандартных испытаниях пригруз выполняется в виде отсыпки на дно скважины щебеночно-гравийно-песчаной смеси либо путем установки специальных бетонных колец. После завершения испытаний пригруз должен извлекаться из полости трубы.