СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЗКИ НА ЖЕЛЕЗОБЕТОННУЮ СВАЮ В СОСТАВЕ ЗДАНИЙ ИЛИ СООРУЖЕНИЙ
METHOD FOR DETERMINING THE VALUE OF OPERATIONAL LOAD ON A REINFORCED CONCRETE PILE IN COMPOSITION OF BUILDINGS OR STRUCTURES

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний железобетонных свай в свайном фундаменте зданий и сооружений на стадии эксплуатации при обследовании и оценке уровня их безопасности по условию прочности.
0
1
Известен способ определения нагрузки (напряжений) на фундамент, заключающийся в том, что на малой площади поверхности фундамента наклеивают тензорезисторы, измеряют омическое сопротивление R тензорезисторов, фрезеруют кольцевой надрез вокруг наклеенных тензорезисторов фрезерованием на поверхности фундамента на глубину 3/4 диаметра кольцевого надреза, измеряют омическое сопротивление Rтензорезисторов, определяют деформацию по формуле , где  k  - коэффициент тензочувствительности тензорезисторов. По деформации  и модулю упругости материала фундамента Е определяют напряжение  в материале фундамента и нагрузку на фундамент , где  – площадь фундамента, а с учетом части элемента ниже наклеенных тензорезисторов на высоте h по формуле: , где h – высота, равная расстоянию от тензорезисторов до подошвы фундамента; г – плотность материала фундамента (Лужин О.В., Злочевский А.Б., Горубнов И.А. и др. Обследование и испытание сооружений: Учеб. для вузов / О.В. Лужин, А.Б. Злочевский, И.А. Горбунов, В.А. Волохов; под ред. О.В. Лужина. – М.: Стройиздат, 1987. 263 с.: ил.).
1
Недостатком этого способа является низкая точность определения нагрузки на фундамент из-за необходимости нарушения электрической цепи измерительной системы на период образования кольцевого надреза, что влечет появление ошибки в измерениях омического сопротивления R.
Известен способ определения несущей способности буронабивной сваи, заключающийся в предварительном сооружении буронабивной сваи путем вращательного погружения в грунт инвентарной обсадной трубы с теряемым наконечником, последующим заполнением инвентарной обсадной трубы арматурным каркасом и бетоном и, при достижении последним проектной прочности, приложением статической вдавливающей нагрузки к свае и измерением ее перемещения. Перед заполнением инвентарной обсадной трубы бетоном в ней устанавливают стакан, между днищем которого и наконечником размещают датчик усилия, связанный с регистрирующей аппаратурой, которую располагают на поверхности грунта. Датчик усилия изолируют от окружающего пространства по периметру стакана посредством кольца, выполненного из упругоэластичного материала, которое устанавливают также между наконечником и днищем стакана. Стакан и датчик усилия вводят в инвентарную обсадную трубу совместно с арматурным каркасом. Испытание сваи осуществляют методом циклических нагружений после набора проектной прочности, при этом одновременно снимают показания с датчика усилий для выделения из показаний усилий части внешней нагрузки, характеризующей несущую способность буронабивной сваи, отделения переменной и нестабильной части в виде сил трения (RU № 2349711, МПК E02D33/00, опубл. 20.03.2009).
Недостатками этого способа являются трудоемкость проведения испытаний, высокая стоимость проведения испытания, связанная с возведением аналогичной сваи, невозможность учета деградации бетона и арматуры в аналогичной свае в составе свайного основания фундамента здания после нескольких лет эксплуатации.
0
1
Наиболее близким к изобретению является способ измерения нагрузки на бетонные и кирпичные несущие стены зданий и сооружений на стадии эксплуатации, заключающийся в том, что на поверхности стены или фундамента вдоль силовых линий (нагрузки) наклеивают тензорезистор  и  измеряют его электрическое сопротивление R. Затем высверливают отверстия в стене или фундаменте диаметром в 3-4 раза более ширины тензорезистора, глубиной 40-60 мм, на расстоянии равном 3-4 размерам ширины тезорезистра выше и ниже его, и вновь измеряют омическое сопротивление Rтензорезистора. Деформацию определяют по формуле , где k - коэффициент тензочувствительности тензорезистора. Нагрузку на стены, колонную или фундаменты определяют по формуле ,                                                                  где Е – модуль упругости материала стен или фундаментов; γ – плотность материала стен или фундамента; А – площадь поперечного сечения участка стены или фундамента на единице их длины (RU №2582495, МПК С01L1/18, опубл. 27.04.2016).
Недостатком данного изобретения является измерение нагрузки только с одной стороны стены или фундамента, что при возможных эксцентриситетах приложения нагрузки приводит к некорректным расчетам; также в изобретении после высверливания отверстия не предусмотрено время для стабилизации деформаций материалов.
Техническим результатом, на который направлено данное изобретение, является повышение точности и достоверности оценки эксплуатационной нагрузки на железобетонную сваю. Технический результат достигается за счет измерения деформации по 4 граням сваи и выдержки времени для стабилизации деформаций, а также за счет закладывания в отверстия металлических полуцилиндров после испытаний.
Изобретение поясняется графически (фиг. 1). На фиг. 1 представлен условный вид железобетонной сваи в процессе испытаний, где введены обозначения 1 – тензорезистор, 2 – высверленное отверстие, 3 – арматура; N – эксплуатационная нагрузка на сваю; А-А – разрез.
R
R
k
i
R
R
0,
i
1,
i
i
1,
i
0,
i
11
Предлагаемый способ определения несущей способности железобетонной сваи здания или сооружения на стадии эксплуатации, заключается в том, что из свайного основания выбирают сваю с наибольшей нагрузкой на нее от вышерасположенных конструкций и сваю с наибольшими повреждениями и деградацией бетона. Затем на очищенную от грунта поверхность сваи любой формы поперечного сечения в наиболее ослабленных местах сваи в результате деградации бетона с учетом отсутствия в этих местах арматуры, наклеивают вдоль сваи параллельно относительно друг друга четыре рабочих тензорезистора на расстоянии 100-200 мм друг от друга и 4 компенсационных тензорезистора поперек сваи в любом месте, создают четыре мостовые схемы из этих тензорезисторов и измеряют омическое сопротивление всех четырех рабочих тензорезисторов , затем выше и ниже тензорезисторов алмазной фрезой фрезеруют отверстия диаметром равным 3-4 ширины тензорезистора, глубиной 40-80 мм на расстоянии 30-40 мм выше и ниже от тензорезистора, и через 4 или более часов вновь измеряют сопротивление рабочих тензорезисторов  и определяют деформацию бетона сваи по каждому рабочему тензорезистору по формуле: , где  – коэффициент тензочувствительности тензорезистора,  – омическое сопротивление рабочего тензорезистора до фрезеровки отверстия,  – омическое сопротивление рабочего тензорезистора после фрезеровки отверстия, =1, 2, …, 4.Такую операцию проводят на всех четырех тензорезисторах на свае. Для восстановления исходной несущей способности в отверстия сваи закладывают по два металлических (стальных) полуцилиндра на 3-5 мм меньше диаметра отверстия и между ними забивают стальной клин шириной равной диаметру полуцилиндров с доведением омического сопротивления до значения на каждом тензорезисторе. Поверхность сваи на участках отверстий со стальными полуцилиндрами покрывается эпоксидной смолой от коррозии. По результатам измерений деформаций бетона сваи в четырех противоположных участках сваи вычисляют среднее значение деформации бетона и арматуры  по формуле . Деформации в бетоне и арматуре будут одинаковыми  по гипотезе плоских сечений. Напряжение в арматуре и в бетоне определяют по формулам, соответственно:   и ,где  – модуль упругости стали арматуры, принимаемый 2·10 Па;  модуль упругости бетона, определяемый неразрушающими методами, например, прибором ПУЛЬСАР 1.0.
Нагрузку на сваю определяют по формуле ,                                         где ,  – площади поперечного сечения арматуры и бетона, соответственно. Эксплуатационная нагрузка на сваю вычисляется по формуле .
По сравнению с известными, представленное изобретение позволяет получить более точную оценку эксплуатационной нагрузки за счет измерения деформаций по всем граням сваи, а также за счет учета времени стабилизации деформаций (релаксации).