УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАССИВА АРМИРОВАННОГО ГРУНТА

Полезная модель относится к строительству, в частности к технологиям испытания массива грунта, армированного жесткими элементами с целью преобразования свойств слабого грунта для строительства будущих зданий и сооружений.
Известно устройство для модельного испытания массива армированного грунта, в котором в лабораторных условиях испытывают в масштабе 1:10-1:20 образцы слабых глинистых грунтов, армированных вертикальными элементами. Испытания проводятся в специальным лотках, в которых находится массив грунта с введенными в него жесткими армирующими элементами с уплотненным вокруг них слоем грунта и слоя грунта естественной структуры. Нагрузку на массив передают через жесткий металлический штамп, давление под штампом увеличивают постепенно. Осадку штампа измеряют прогибомером, деформации поверхности грунта измеряют индикаторами часового типа. /1/.
К недостаткам данного устройства можно отнести низкую достоверность испытаний из-за мелкого масштаба образцов, сложность сборки данной испытательной установки, низкая технологичность, высокая затратность и трудоемкость данных испытаний.
Технической задачей полезной модели является повышение точности испытания слабых армированных грунтов, упрощение проведения испытаний за счет возможности испытаний непосредственно при производстве работ по подготовке оснований под фундамент, снижение себестоимости за счет сокращения материальных и трудовых затрат, улучшение технологичности проводимых работ.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для испытания массива слабого грунта, армированного, расположенными с равным шагом в шахматном порядке щебеночными вертикальными элементами путем компрессионного сжатия штампом, согласно полезной модели, устройство содержит штамп и погруженную в грунт соосно армирующему щебеночному элементу длиной равной его длине вертикальную трубу диаметром равным шагу щебеночных элементов расположенных равномерно на равном расстоянии от трубы с образованием в трубе вокруг щебеночного элемента уплотненного и естественного слоев грунта, при этом в трубе смонтированы глубинные марки, марки измерения горизонтальных перемещений, размещенные под подошвой штампа мессдозы для измерения вертикального давления и мессдозы для измерения горизонтального давления в грунте, При этом труба может быть выполнена из металла с внутренним антифрикционным слоем, например, из фторопласта. Кроме того, стенке вертикальной трубы могут быть выполнены щелевидные отверстия.
Предлагаемое устройство отличается от известного, конструкцией, обеспечивающей возможность проведения испытания непосредственно в массиве армированного грунта и судить по ним о его сжимаемости и включает штамп и металлическую вертикальную трубу, погруженную в грунт соосно армирующему щебеночному элементу длиной равной его длине вертикальную трубу диаметром равным шагу щебеночных элементов расположенных равномерно на равном расстоянии от трубы с образованием в трубе вокруг щебеночного элемента уплотненного и естественного слоев грунта, при этом в трубе смонтированы глубинные марки, марки измерения горизонтальных перемещений, размещенные под подошвой штампа мессдозы для измерения вертикального давления и мессдозы для измерения горизонтального давления в грунте, которые соединены с приборами наблюдения, расположенными в кессон-камере с возможностью определения параметров грунта для вычисления модуля деформации с последующим определением сжимаемости массива грунта. При этом для повышения точности измерений труба может быть выполнена из металла с внутренним антифрикционным слоем, например, из фторопласта, а также труба может иметь щелевидные отверстия (перфорацию) для фильтрации грунтовой воды при проведении испытаний.
Технический результат данного технического решения заключается в повышении достоверности и точности испытания слабых армированных грунтов и упрощении производства работ за счет возможности непосредственно при производстве работ п подготовке основания для возведения фундамента проводить испытания и по испытаниям одной щебеночной сваи, судить о сжимаемости всего армированного массива грунта, а также позволит упростить процесс испытания и снизить себестоимость работ за счет сокращения материальных и трудовых затрат и улучшения технологичности проводимых экспериментальных работ. 4
На фиг. 1 представлено устройство для испытания массива слабого грунта; фиг. 2 - вид А фиг. 1; фиг. 3 - схема испытания массива слабого грунта, армированного щебеночными вертикальными элементами.
Устройство для испытания массива армированного грунта включает штамп 1, массив грунта армированный жесткими вертикальными армирующими щебеночными элементами 2, расположенными в шахматном порядке. Вокруг каждого армирующего щебеночного элемента образован слой уплотненного грунта 3, граничащий со слоем естественным грунта 4. Испытывать армированный массив целиком невозможно из-за больших размеров и недостижимости при испытаниях уровня нагружения такого массива соответствующими проектными нагрузками. Поэтому для испытаний выбирают центральную область армированного массива, в котором напряженно-деформированное состояние грунта условно стабильно. Выбранный испытуемый участок ограждают путем погружения в грунт соосно вертикальному щебеночному элементу 2 и равной его длине металлической трубы 5, диаметр, которой равен шагу щебеночных элементов, расположенных равномерно на равном расстоянии от трубы, таким образом чтобы внутри трубы разместился и уплотненный слой 3 и слой естественного грунта 4, равной глубине залегания жестких вертикальных армирующих элементов. Труба 7 может быть выполнена металлической и погружена в грунт задавливанием, забивкой или завинчиванием таким образом, чтобы геометрический центр вертикального щебеночного армирующего элемента 2 совпал с центром внутренней окружности трубы. Внутреннюю поверхность трубы 5 покрывают материалом, минимизирующим трение по ее поверхности (например, фторопластом). В стенках трубы 7 выполняют щели или перфорацию для фильтрации грунтовой воды при проведении испытаний. Внутри трубы 5, по крайней мере в трех точках по всей глубине жесткого вертикального армирующего щебеночного элемента 2 размещают глубинные марки для измерения вертикальных 6 и горизонтальных перемещений 7 по глубине элемента армированного массива. Для измерения горизонтальных перемещений рядом с трубой 5 устраивают кессон-камеру для размещения горизонтальных марок и приборов наблюдения. Кроме того, жесткий вертикальный армирующий щебеночный элемент 2 оборудуют приборами для измерения давления в грунте мессдозами 8 и 9, устанавливаемыми под подошвой штампа и по глубине массива на уровнях установки глубинных марок 6. Нагрузку передают на верх образца с помощью штампа 1. Испытания ведут как обычные штамповые испытания согласно ГОСТ 20276-2012 «Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости». Обработку результатов производят как для компрессионного сжатия грунта в соответствии с формулами ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости» для слоев грунта, соответствующих глубине установки глубинных марок.
Обработку результатов испытаний проводят следующим образом.
i
i+1
Модуль деформации E, МПа, в интервале давлений p и p вычисляют с точностью 0,1 МПа по формулам (5.27-5.29) ГОСТ 20276-2012 «Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости»:
или
i
i+1
i
i+1
i
i+1
где ε и ε - значения относительного сжатия, соответствующие давлениям p и p, определяемые по глубинным маркам. Давления p и p определяются по мессдозам.
0
i
i+1
m - коэффициент сжимаемости, соответствующий интервалу давления от p до p,
β - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле
где ν - коэффициент поперечной деформации, определяемый по результатам измерения поперечной (горизонтальной) деформации по глубинным маркам.
Коэффициенты дофильтрационной консолидации, фильтрационной консолидации и вторичной консолидации вычисляют согласно «Приложения Н» ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости».
Конструкция предлагаемого устройства позволяет одновременно снимать значения параметров, по которым можно определить значение модуля деформации армированного основания и необходимость дополонительного армирования для строительства фундаментов в зависимости от вертикальной эксплуатационной нагрузки на основание.
Предлагаемое устройство для испытания грунтов позволит определять деформируемость основания на слабых грунтах, армированных вертикальными щебеночными элементами на любой стадии строительства зданий, сооружений на месте с высокой точностью, что дает возможность усилить фундамент или снизить нагрузки на фундамент после его устройства.
Источники информации:
1. Сафин Д.Р. "Экспериментальные исследования НДС слабых водонасыщенных глинистых грунтов, армированных вертикальными элементами", УДК 624.151.2, Казань, 2014 год.