УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ, АРМИРОВАННЫХ ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНЫМ РАСТВОРОМ

Полезная модель относится к области инженерных изысканий, а именно к инженерно-геотехническим изысканиям, и может быть использована при изучении деформационных свойств грунтов, закрепленных по методу армирования цементно-песчаным раствором.
Известно например, устройство для испытания грунтов (см. патент RU 2548063 C1 E02D 1/00, G01N 19/00, опубликованный 10.04.2015 г.). Устройство содержит нагрузочный штамп, блок приложения нагрузки, упорную систему и измерительную систему. Штамп выполнен в виде жесткой конструкции квадратной формы. Под штампом размещена упругая пластина с размерами штампа в плане, толщиной 0,05-0,1 размера сторон штампа и модулем упругости 30-50 МПа. На боковых сторонах упругой пластины нанесена координатная прямоугольная сетка. В измерительную систему введены регистратор приложенной нагрузки и регистратор осадки штампа. На штампе с боковых сторон по осям его симметрии с помощью кронштейнов жестко закреплены видеорегистраторы деформации упругой пластины с возможностью полного обзора боковых сторон упругой пластины.
Известны результаты проведения испытаний грунтов штампами различных размеров и форм (см. Цитович Н.А. Механика грунтов. М., «Высшая школа», 1983. с. 173-178). Зависимость осадки от размера площади загрузки штампа, при большом диапазоне изменения площадей выражается сложной зависимостью.
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ испытания грунтов жесткими штампами, описанный в ГОСТ 20276-2012. Для просадочных грунтов при испытаниях с замачиванием используются стандартные круглые жесткие штампы площадью 5000 см, устройство для создания и измерения нагрузки на штамп, анкерное устройство, устройство для измерения осадок штампа.
Однако такие штампы имеют существенные недостатки в части точности определения штампового модуля деформации закрепленного массива, так как не полностью учитывают пространственное положение хаотически расположенных бетонных тел, что приводит к искажению данных о деформационных характеристиках армированного грунта.
При строительстве и реконструкции зданий и сооружений, особенно в сложных инженерно-геологических условиях, встает вопрос о надежной конструкции фундаментов.
Применение экономичных инновационных инъекционных технологий подготовки основания позволяет проводить работы в условиях плотной городской застройки, где ограниченно применение методов, создающих дополнительные вибрационные нагрузки на окружающие здания и сооружения, при значительном снижении сметной стоимости и без потери эксплуатационной надежности.
Одним из таких инъекционных методов является метод армирования просадочных грунтов цементно-песчаным раствором, который используется при ликвидации просадочных свойств, для улучшения физико-механических характеристик слабых водонасыщенных грунтов, снижения их деформативности, что, в свою очередь, способствует повышению несущей способности грунтов основания, эксплуатационных характеристик зданий и сооружений.
Опыт применения метода армирования просадочных грунтов цементно-песчаным раствором достаточно обширен, но единого подхода к решению задачи оценки деформационных свойств нет.
В большинстве случаев в проекте предусмотрено проведение работ на опытном участке для отработки режимов нагнетания цементно-песчаного раствора и определения характеристик закрепленного массива в конкретных инженерно-геологических условиях. Используемые на сегодняшний день методики позволяет определять лишь косвенные показатели без учета хаотического расположения затвердевших бетонных элементов, которые являются армирующим каркасом грунтового массива.
Задачей предлагаемой полезной модели является испытание грунтов, армированных цементно-песчаным раствором, результаты которого будут учитывать пространственную работу закрепленного массива.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для испытания грунтов, армированных цементно-песчаным раствором, включающее штамп, систему упорных балок устройство для создания и измерения нагрузки на штамп, анкерную систему и устройство для измерения осадок штампа, при этом штамп выполнен в виде жесткой железобетонной конструкции квадратной формы и в теле штампа имеются технологические отверстия, расположенные симметрично, относительно главных осей, а система упорных балок состоит из двух главных металлических сварных балок и четырех второстепенных металлических сварных балок.
Технический результат заключается в повышении точности и достоверности результатов штамповых испытаний грунтов, армированных цементно-песчаным раствором, за счет того, что, помимо закрепляемого грунтового массива, в работу включается пространственный каркас, состоящий из затвердевших бетонных тел, полученных путем закачки раствора через технологические отверстия штампа. Предлагаемое устройство позволяет после производства работ на опытном участке определить штамповый модуль деформации, который может быть использован проектировщиками в качестве нормативного модуля деформации при расчетах и корректировке проекта.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на:
- фиг. 1 - устройство для испытания грунтов, армированных цементно-песчаным раствором, вид сверху.
- фиг. 2 - устройство для испытания грунтов, армированных цементно-песчаным раствором, вид сбоку.
Устройство включает систему упорных балок, состоящую из двух главных металлических сварных балок 1 и четырех второстепенных металлических сварных балок 2, воспринимающих усилия от устройства для создания и измерения нагрузки - гидравлического домкрата 3, укомплектованного насосной станцией 4 и передающих нагрузку на анкерные стальные винтовые сваи 5, которые смонтированы на проектную глубину согласно программе испытаний. Нагрузка от гидравлического домкрата 3, укомплектованного насосной станцией 4 передается на железобетонный штамп 6, который в свою очередь воздействует на закрепленный грунтовый массив. В железобетонном штампе 6 есть технологические отверстия 7 через которые осуществляются работы по закрепления грунтов основания. Технологические отверстия 7 предназначены для производства работ по бурению скважин, монтажу металлического инъектора, тампонированию и закачки цементно-песчаного раствора в грунт основания под штампом 6. При помощи измерительной системы 8 определяются деформации основания под нагрузкой.
При испытании грунтов, армированных цементно-песчаным раствором, возникает необходимость, что до начала производства работ на объекте необходимо выполнить работы на опытном участке для отработки режимов нагнетания и объемов закачки цементно-песчаного раствора в грунт основания.
Особенности испытания грунтов, армированных цементно-песчаным раствором, с применением устройства сводятся к тому, что до пробной закачки раствора на опытной площадке, монтируется предлагаемое устройство. После чего производятся работы по бурению, закачке раствора, которые выполняются через технологические отверстия в теле железобетонного штампа. Затем проводятся работы по испытанию грунтов основания, в соответствии с программой испытаний.
В качестве буровой установки может быть использован портативный буровой станок типа УКБ 12/25 в комплекте с инструментом для шнекового бурения скважин диаметром до 70 мм.
После бурения скважин на проектную глубину, при помощи домкрата 3, укомплектованного насосной станцией 4, к штампу 6 прилагается нагрузка, исключающая неравномерные деформации штампа 6 при закачке цементно-песчаного раствора.
После приложения нагрузки, в технологические отверстия 7 опускается инъектор (например труба d42) через который будет производиться закачка цементно-песчаного раствора в грунт под штампом 6.
После монтажа инъектора производится тампонирование технологических отверстий 7 для исключения выхода цементно-песчаного раствора на поверхность при закачке.
После проведения работ по закачке при помощи измерительного устройства 8 определяется нормативный штамповый модуль деформации закрепленного грунта:
1. Приложение нагрузки ведется ступенями 1/10 от максимально предусмотренного программой испытаний.
2. Отсчеты с измерительных устройств снимаются каждые 30 мин.
3. Следующая ступень нагрузки может быть приложена только после условной стабилизации деформаций грунтов основания.
4. После достижения нагрузки, предусмотренной программой испытаний, производится разгрузка штампа ступенями 1/5 от достигнутого значения нагрузки.
5. Строится график зависимости деформаций от напряжений.
По графику определяется нормативный штамповый модуль деформации грунта, который может быть использован авторами проекта для его корректировки.