УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГРУНТА

Устройство относится к инженерно-геологическому оборудованию и может быть использовано при статических испытаниях несущей способности грунта в полевых условиях.
Известны устройства для статических испытаний несущей способности, содержащие гидродомкрат, сообщенный с источником питания, соосную балку для упора домкрата, и штангу со штампом, опирающимся на фунт (см. а.с. SU №547662, кл. ΜΠΚ E01D 1//00, опубл. 1977 г. (1), пат. RU №2419706, кл. МПК E01D 1//00, опубл. 2011 г. (2), «Руководство по методам полевых испытаний несущей способности свай и фунтов», изд. Всесоюзный институт транспортного строительства, 1979 г., раздел 4, общие положения, Приложение 4, приложение 6 (3) и книгу Таюкина Г.И. «Приборы и оборудование для статических испытаний строительных конструкций», Лабораторный практикум, Томск, изд. ТГАСУ, 2011 г., с 8-9 (4))
В (1), (2), (3) гидродомкрат создает нагрузку на фунт через штангу, а контроль осадки грунта выполняют струнными прогибомерами. Однако устройства (1), (2) чрезвычайно сложны и дороги, что снижает надежность работы и ограничивает их использование для испытаний.
В (4) приведена общая информация, дана кинематическая схема типовых прогибомеров и приведен пример их крепления, который является частным случаем и не применим для всех видов испытаний.
Наиболее близким аналогом предложено устройство для статических испытаний несущей способности грунта (3), содержащее штангу, соосно установленную в обсадной трубе, и опирающуюся на фунт через штамп, гидродомкрат, соосно скрепленный со штангой и упирающийся в упорную балку, которая соосно скреплена с обсадной трубой, и два идентичных прогибомера, которые симметрично расположены, относительно оси штанги, и выполнены со струной, с цилиндрическим корпусом, в котором выполнены присоединительные резьбовые отверстия, с приводным шкивом и со стрелками, при этом струна каждого прогибомера, охватывающая шкив, одним концом скреплена с грузом, а второй конец струны скреплен со штангой, а прогибомеры снабжены крепежной струбциной со сферическим шарниром, имеющим встроенную поворотную головку, объединенную с хвостовиком.
Однако, в (3) крепление приводного шкива реперной системы прогибомера нежестким фрикционным соединением снижает точность контроля осадки. Дополнительно к этому, во всех приведенных аналогах не рассмотрены средства согласованного расположения прогибомера и контролирующего конца струны, скрепленных реперной системой, соответственно с неподвижной и подвижной опорами. Это может привести при испытаниях в полевых условиях к искажению контрольных показаний осадки, снизить достоверность контроля. При этом в корпусе прогибомера выполнено отверстие, которое расположено по центральной оси, что усложняет монтаж и снижает надежность удержания прогибомера в положении, удобством для снятии показаний, и дополнительно снижает достоверность контроля.
Задача предложенного устройства состоит в повышении точности контроля устройства за счет крепления реперной системы прогибомеров, относительно штанги и обсадной трубы, не искажающей достоверности контроля при одновременном повышении удобства снятия показаний осадки.
Для достижения поставленных задач в предложенном устройстве для статических испытаний несущей способности грунта, содержащем штангу, соосно установленную в обсадной трубе, и опирающуюся на фунт через штамп, гидродомкрат, соосно скрепленный со штангой и упирающийся в упорную балку, которая соосно скреплена с обсадной трубой, и два идентичных прогибомера, которые симметрично расположены, относительно оси штанги, и выполнены со струной, с цилиндрическим корпусом, в котором выполнены присоединительные резьбовые отверстия, с приводным шкивом и со стрелками, при этом струна каждого прогибомера, охватывающая шкив, одним концом скреплена с грузом, а второй конец струны скреплен со штангой, а прогибомеры снабжены крепежной струбциной со сферическим шарниром, имеющим встроенную поворотную головку, объединенную с хвостовиком, согласно полезной модели, второй конец струны прогибомеров скреплен со штангой (с обсадной трубой) соответствующим кронштейном, который закреплен на штанге (на обсадной трубе) и выполнен с пересекающимися, взаимно перпендикулярными отверстиями: сквозным отверстием, параллельным оси штанги, и дополнительным резьбовым отверстием, при этом второй конец струны пропущен через сквозное отверстие кронштейна и закреплен в нем винтом, ввинченным в резьбовое отверстие, причем корпус каждого прогибомера закреплен струбциной на обсадной трубе и зафиксирован в вертикальном положении с помощью хвостовика сферического шарнира струбцины, расположенного, в заданном поворотной головкой, перпендикулярном, относительно оси штанги положении, и присоединительного резьбового отверстия в корпусе прогибомера, которое расположено по горизонтальной оси прогибомера и служит для навинчивания корпуса прогибомера на хвостовик, а хвостовик дополнительно скреплен с прогибомером, навинченной на него, наружной гайкой, причем вертикальная касательная к приводному шкиву прогибомера, со стороны второго конца струны удалена от обсадной трубы на расстояние, равное разности расстояния от обсадной трубы до оси штанги и расстояния от оси штанги до оси сквозного отверстия в кронштейне. Кроме того, согласно полезной модели, в сферический шарнир может быть встроена стопорная гайка, с упором в поворотную головку, для удержания хвостовика в заданном поворотной головкой, перпендикулярном, относительно оси штанги, положении.
Технический результат предложенного устройства состоит в повышении точности контроля, за счет согласованного расположения приводного шкива прогибомера и его подвижной струны, относительно штанги и обсадной трубы, что позволило выполнить не искажающие замеры осадки и улучшить удобство снятия показаний.
На фиг 1 приведена конструктивная схема предложенного устройства.
На фиг.2 приведен узел А.
На фиг.3 приведена кинематическая схема скрепления приводного шкива со струной и со стрелками прогибомера.
На фиг.4 приведена конструкция струбцины со встроенным сферическим шарниром.
На фиг.5 приведен график изменение осадки сваи от нагрузки.
На фиг.6 приведены графики изменение осадки сваи во времени.
Предложенное устройство для статических испытаний штампа содержит штангу 1. Штанга 1 опирается на грунт 2, через соосно скрепленный с ней штамп 3, и соосно установлена в обсадной трубе 4. Гидродомкрат 5 предназначен для создания сосной нагрузки на штамп, расположен с упором в упорную балку 6 и сообщен с источником питания 7. Два идентичных прогибомера 8 симметрично установлены, относительно оси штанги 1, и предназначены для контроля осадки грунта. Осадку при анализе несущей способности рассчитывают, как среднеарифметическое от показаний прогибомеров. Каждый прогибомер 8 содержит (см. фиг.1, фиг.3 фиг.4) цилиндрический корпус 9, приводной шкив 10, который кинематически связан со стрелками 11 и струну 12. Один конец струны 12, охватывающий приводной шкив 10, скреплен с грузом 13.
Для крепления второго конца струны 12 устройство снабжено кронштейном 14, скрепленным со штангой 1. В кронштейне 14 выполнены два отверстия 15, 16 (см. фиг 2). Одно из них, сквозное отверстие 15, расположено параллельно оси штанги, а другое - резьбовое отверстие 16, пересекающееся со сквозным отверстием 15, расположено перпендикулярно отверстию 15. Винт 17 предназначен для фиксации второго конца струны 12. Для крепления корпуса каждого прогибомера 8 к обсадной трубе 4 служит струбцина 18, которая выполнена со встроенным сферическим шарниром 19. Сферический шарнир 19 образован поворотной головкой 20, встроенной в струбцину, и хвостовиком 22, выполненным заодно с головкой 20. В сферический шарнир встроена стопорная гайка 21, предназначенная для фиксации поворотной головки в заданном положении. Корпус 9 прогибомеров выполнен с диаметральным присоединительным отверстие 23, которое расположено по горизонтальной оси корпуса 9. Наружная гайка 24, навинченная на хвостовик, предназначена для дополнительной фиксации прогибомера на хвостовике шарового шарнира. На фиг 3 показан приводной шкив 10, который скреплен со стрелками 11, через первую шестеренную пару 25 ступенчатого редуктора (не раскрыт).
«а» - расстояние от обсадной трубы до вертикальной касательной к приводному шкиву, со стороны его взаимодействия со вторым концом струны, «б» - вертикальная касательная к приводному шкиву, со стороны второго конца струны, «с» - расстояние от оси штанги 1 до оси сквозного отверстия в кронштейне, d - расстояние от оси штанги до обсадной трубы.
Устройство используется следующим образом.
Цилиндрический корпус 9 прогибомеров 8 может быть закреплен (снаружи или внутри) на обсадной трубе (или на штанге) при креплении второго конца струны 12 на штанге (или на обсадной трубе), что зависит от удобства снятия показаний. На фиг.1 представлен вариант крепления второго конца струны 12 прогибомеров на штанге 1, а корпусов 9 прогибомеров - на обсадной трубе 4. Второй конец струны 12 скреплен с подвижной штангой 1 кронштейном 14.
При испытаниях гидродомкрат 5, сообщенный с источником питания 7, создает ступенчато-возрастающую нагрузку на штангу 1, которая через штамп 3 передается на грунт 2.
При осадке грунта, перемещается штанга 1, скрепленный с ней кронштейн 14, и, скрепленный с кронштейном 14, второй конец струны 12 (см. фиг.1, фиг.3). Подвижность струны 12 передается на приводной шкив 10, повороты которого регистрируются стрелками 11. По результатам регистрации осадки строят графики изменения осадки от нагрузки и графики изменения осадки во времени (см. фиг.5, фиг.6), по которым оценивают несущую способность грунта.
Корпуса 9 прогибомеров неподвижно закреплены на обсадной трубе 4 струбциной 18 и зафиксированы в вертикальном положении. Это выполняют с помощью расположения хвостовика 22 сферического шарнира 19 струбцины 18, относительно оси штанги, и направленности присоединительного отверстия 23 в корпусе 9 прогибомеров 8. Соответствующим поворотом головки, хвостовик 22 сферического шарнира фиксируют перпендикулярно, относительно оси штанги 1. С помощью присоединительного отверстия 23, направленного по горизонтальной оси корпуса 9, прогибомеры 8 навинчивают на этот хвостовик. Это и обеспечивает фиксацию прогибомеров в указанном вертикальном положении. Прогибомеры дополнительно закрепляются на хвостовике 22 навинченной на хвостовик наружной гайкой 24. Стопорение поворотной головки 20 в требуемом положении хвостовика выполняет стопорная гайка 21, которая встроена (ввинчена) в сферический шарнир, с упором в головку 20. Стопорная гайка повышает надежность удержания головки, и следовательно хвостовика, в заданном положении. Все это повышает надежность фиксации прогибомеров в вертикальном положении, улучшает удобство снятия показаний и создает условия для повышения точности регистрации осадки грунта.
При вертикальной установке прогибомеров предложено согласовать положение приводных шкивов 10 прогибомеров, закрепленных на неподвижной обсадной трубе и, взаимодействующих со шкивом, соответствующих концов струны 12, скрепленных кронштейнами с подвижной штангой 1. Для этого корпуса прогибомеров (с приводным шкивом) крепят на обсадной трубе таким образом, чтобы вертикальная касательная «б» к приводному шкиву каждого прогибомера, со стороны второго конца струны, располагалась, относительно обсадной трубы 4, на расстоянии «а» (см. фиг.1, фиг.4), равном разности расстояния «d» от обсадной трубы до оси штанги, и расстояния «с» от оси штанги до оси сквозного отверстия в кронштейне. Это позволяет направить струну точно по направлению замеров, исключить искажение замеров и повысить точность контроля осадки, при одновременном повышении удобства снятия показаний.
Второй конец струны 12 поджат в сквозном отверстии 15 кронштейна 14 винтом Незакрепленным в резьбовом отверстии 16. Ослаблением винта 17 струна 12 освобождается для движения и фиксации, что обеспечит регулировку ее натяжения. Это позволило исключить ошибки при замерах и дополнительно повысить точность контроля.
Технико-экономический эффект предложенного устройства состоит в повышении точности контроля устройства за счет крепления реперной системы прогибомеров, относительно штанги и обсадной трубы, не искажающей достоверности контроля при одновременном повышении удобства снятия показаний осадки.