СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗАБИВНОЙ СВАИ
METHOD TO DETERMINE BEARING CAPACITY OF DRIVEN PILE

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении свайных фундаментов.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения несущей способности забивной сваи путем приложения нагрузки к свае и замера параметров ее погружения в грунт (см. патент RU №2040858, опубл. 10.12.1995).
Недостатком его является высокая трудоемкость и длительность процесса определения несущей способности, низкая точность результатов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения несущей способности и снижение трудоемкости и длительности.
Для решения поставленной технической задачи определение несущей способности забивной сваи осуществляют путем приложения нагрузки к свае и замера параметров ее погружения в грунт, причем сначала создают эталонную базу вейвлет-образов виброграмм ускорений свай в трех взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых совпадает с продольными осями свай в процессе забивки их в грунт, при заданной частоте и энергии удара, характеризующих несущую способность свай при различных грунтах и конструктивных параметрах свай, после чего не менее чем через 5 дней для каждой сваи определяют несущую способность путем нагружения ее статической вертикальной нагрузкой, а в процессе забивки рабочей сваи с заданной частотой и энергией получают вейвлет-образ виброграмм ускорений, которые сравнивают с эталонными вейвлет-образами корреляционным методом, по степени корреляции определяют наиболее близкую эталонную сваю и по ее характеристике судят о несущей способности рабочей сваи.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что сначала создают эталонную базу вейвлет-образов виброграмм ускорений свай в трех взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых совпадает с продольными осями свай в процессе забивки их в грунт, при заданной частоте и энергии удара, характеризующих несущую способность свай при различных грунтах и конструктивных параметрах свай, после чего не менее чем через 5 дней для каждой сваи определяют несущую способность путем нагружения ее статической вертикальной нагрузкой, а в процессе забивки рабочей сваи с заданной частотой и энергией получают вейвлет-образы виброграмм ускорений, которые сравнивают с эталонными вейвлет-образами корреляционным методом, по степени корреляции определяют наиболее близкую эталонную сваю и по ее характеристике судят о несущей способности рабочей сваи.
Сущность предлагаемого способа иллюстрируется чертежами, где на Фиг.1 изображена схема соединения оборудования, на Фиг.2 - вейвлет-образ виброграммы ускорений рабочей сваи в вертикальном направлении, совпадающем с осью сваи, на Фиг.3 - вейвлет-образ виброграммы ускорений эталонной сваи в вертикальном направлении, совпадающем с осью сваи.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Сваебойное оборудование и забиваемую сваю оснащают измерительной и регистрационной аппаратурой. К наголовнику 1 сваи 2 крепится трехкомпонентный акселерометр 3, который соединяется с регистратором-анализатором, содержащим аналого-цифровой преобразователь 4, соединенный с системным блоком 5 и монитором 6.
Сначала при различных грунтах и конструктивных параметрах свай в процессе забивки каждой сваи в грунт при заданной частоте и энергии удара создают эталонную базу вейвлет-образов виброграмм ускорений каждой сваи в трех взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых совпадает с продольной осью сваи. Эти вейвлет-образы характеризуют несущую способность свай.
На каждую сваю воздействуют с помощью одного и того же гидравлического молота 7. Трехкомпонентным акселерометром 3 регистрируют виброускорения в трех взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых совпадает с продольной осью сваи. На основе полученных виброграмм строят их вейвлет-образы. Полученные вейвлет-образы несут информацию об индивидуальных особенностях реакции грунта на процесс забивки сваи, а следовательно, и на ее несущие свойства независимо от режима забивки сваи в грунт.
Через 5 дней производят определение несущей способности этой сваи статическим методом (см. ГОСТ 5686-96).
Определение несущей способности рабочей сваи осуществляют следующим образом. Сваебойное оборудование и забиваемую сваю оснащают той же аппаратурой, что и при испытаниях для создания эталонной базы. Производят измерение и регистрацию тех же параметров, что и при испытаниях для создания эталонной базы за исключением величины несущей способности сваи. Полученные при забивке рабочей сваи вейвлет-образы сравнивают с вейвлет-образами из эталонной базы. Процесс сравнения позволяет установить наиболее близкий элемент из эталонной базы, что в свою очередь позволяет определить несущую способность рабочей сваи. Процесс сравнения осуществляется корреляционным методом (см. Мизева И.А., Степанов Р.А., Фрик П.Г. Вейвлетные кросскорреляции двумерных полей. // Вычислительные методы и программирование. - 2006. - Т.7. - С.172-179).
Такой способ определения несущей способности свай эффективен по временным затратам. В процессе эксплуатации происходит накопление информации, содержащейся в эталонной базе, что позволяет увеличить точность оценки определения несущей способности рабочей сваи. Кроме того, повышение точности обеспечивается использованием трехкомпонентных датчиков.
Пример
Для забивки свай использовался молот гидравлический МГ5ш (РОПАТ) с энергией удара 5-55 кДж с частотой удара 0,8-3 Гц.
В экспериментах использовались железобетонные сваи сечением 35×35 см и длиной 11 метров. Для измерения виброускорений использовался трехкомпонентный акселерометр 356А15. В качестве аналого-цифрового преобразователя использовался преобразователь L1610, который преобразовывал непрерывный электрический сигнал, поступающий от акселерометра, в цифровой. Частота оцифровки составляет 100 Гц.
Нагружение эталонной сваи для получения несущей способности производилось методом циклического нагружения по ГОСТ 5686-96.
a
На Фиг.2 представлен вейвлет-образ виброускорения W(f) рабочей сваи в вертикальном направлении, совпадающем с осью сваи. Этот вейвлет-образ был сопоставлен с вейвлет-образами эталонной базы. В результате сопоставления методом корреляционного анализа был установлен вейвлет-образ из эталонной базы (см. Фиг.3), наиболее близкий по степени корреляции к вейвлет-образу рабочей сваи, что позволило установить несущую способность рабочей сваи (87 тонн).
Таким образом, способ позволяет, используя механическое воздействие на сваю гидравлическим молотом в процессе забивки сваи, регистрируя виброускорения рабочих сваи и сравнивая вейвлет-образ виброграммы ускорений рабочей сваи с вейвлет-образами виброграмм ускорений свай из эталонной базы, определять несущую способность сваи.