ОПЫТНАЯ БУРОНАБИВНАЯ СВАЯ ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к конструкциям свай, используемых для испытаний статической нагрузкой для устройства свайного поля.
Известен способ статических испытаний свай с помощью анкерных свай, грузовой платформы, упорных балок и домкратов /ГОСТ 5686-94 «Грунты. Метод полевых испытаний сваями.»/.
Основным недостатком устройства опытных свай является его трудоемкость и высокая стоимость способа испытаний, особенно для статических испытаний буронабивных свай большой несущей способности, которые требуют домкратов и упорных балок на нагрузку до 4-5 тыс. тонн.
Известен способ Остенберга, в котором гидродомкраты устанавливаются внутри железобетонной сваи, разделяя ее по высоте на две части. Усилие при этом создается в распор, когда одна часть сваи является анкерной для другой. Это позволяет сократить усилия в домкратах и отказаться от анкерных свай и упорных балок. /Российская Архитектурно-строительная энциклопедия, под редакцией Е.В.Басина м др., том XII, Строительство подземных сооружений, ОАО «ВНИИНТПИ», Москва 2008, с.288-292./
Основными недостатками устройства опытных свай являются потеря домкратов внутри сваи после испытаний, трудоемкость работ при установке домкратов и аппаратуры внутри сваи и вероятность их выхода из строя в процессе подготовки и проведении испытаний, а также невысокая достоверность результатов, поскольку невозможно расчетным путем определить поперечное сечение сваи, для которого несущая способность сваи в местах выше и ниже сечения будут равны.
Наиболее близкой является конструкция буронабивной сваи для статических испытаний, включающая выбуренную скважину и сопряженный со стенками скважины железобетонный ствол. /Патент РФ №2349711, кл. E02D 5/00, публ. 20.03.2009). Буронабивную сваю устраивают с помощью обсадной трубы с теряемым наконечником, между наконечником и железобетонным стволом сваи установлен датчик усилия, размещенный в стальном стакане.
Известная конструкция опытной сваи имеет существенные ограничения в области использования, т.к. пригодна для свай небольшого диаметра (до 0,8 м). Кроме того, поскольку используемый датчик при установке и испытаниях часто выходит из строя, не может быть обеспечена точность измерений, кроме того, для испытания сваи необходимы значительные усилия при нагружении, что требует оборудования большой мощности.
Техническая задача заключается в снижении трудоемкости при повышении точности испытаний и снижении капитальных затрат на испытания свай большого диаметра до 2,0 м.
Поставленная задача решается таким образом, что опытная буронабивная свая для статических испытаний, включающая выбуренную скважину и сопряженный со стенками скважины железобетонный ствол, взаимодействующий с системой приложения осевой нагрузки, согласно полезной модели, выполнена с возможностью раздельной передачи осевой нагрузки на пяту и боковую поверхность железобетонного ствола, состоящего из наружной железобетонной оболочки с внутренней полостью, ограниченной трубой-опалубкой, и смонтированной через упругую прокладку с опорой на установленный на дне выбуренной скважины штамп, а в полости наружной железобетонной оболочки на всю ее высоту размещен шток жестко соединенный со штампом с возможностью передачи осевой нагрузки на пяту сваи. При этом штамп выполнен высотой не более диаметра скважины.
Предлагаемая конструкция отличается от известной тем, что выполнена с возможностью раздельной передачи осевой нагрузки на пяту и боковую поверхность железобетонного ствола, состоящего из наружной железобетонной оболочки с внутренней полостью, ограниченной трубой-опалубкой, и смонтированной через упругую прокладку с опорой на установленный на дне выбуренной скважины штамп, а в полости наружной железобетонной оболочки на всю ее высоту размещен шток жестко соединенный со штампом с возможностью передачи осевой нагрузки на пяту сваи.
Испытания делятся на два этапа, в которых раздельно определяются несущая способность сваи по пяте и по боковой поверхности. Для этого буронабивную сваю выполняют из двух частей. В виде наружной железобетонной оболочки с внутренней полостью, в полости на всю ее высоту размещают шток, жестко соединенный со штампом, который размещают на дне скважины. Через шток, свободно перемещающийся в полости железобетонной оболочки, передают возрастающую нагрузку на штамп и определяют несущую способность сваи по пяте. При этом наружная оболочка не препятствует осадке штампа. После определения несущей способности по пяте возрастающую нагрузку создают на наружной железобетонной оболочке, и определяют несущую способность наружной железобетонной оболочки по боковой поверхности, контактирующей с грунтом.
Технический результат заключается в возможности непосредственного определения несущей способности сваи раздельно по пяте и по боковой поверхности, что позволяет оптимизировать выбор параметров рабочих свай, а также в снижении затрат на проведение статических испытаний за счет уменьшения нагрузки на всю испытательную систему, а также повышении достоверности результатов испытаний при размещении оборудования системы нагружения на поверхности грунта и возможности слежения за их состоянием.
Предлагаемое техническое решение позволяет в 1,5-2 раза снизить грузоподъемность домкратов, нагрузку на упорные балки, анкерные сваи или грузовую платформу.
На чертеже представлена опытная буронабивная свая для статических испытаний.
Опытная свая состоит из выбуренной в грунте на всю высоту сваи скважины 1, размещенного по оси скважины штока 2, на нижнем конце которого закреплен штамп 3 с кольцевой упругой прокладкой 4, наружной железобетонной оболочки 5 с трубой-опалубкой 6. На конце трубы-опалубки 6 приварен плоское стальное кольцо 7, диаметром равным диаметру скважины 1. Железобетонная оболочка 5 армирована каркасом 8.
Предлагаемую конструкцию опытной сваи возводят и испытывают следующим образом.
Под защитой обсадной трубы в грунте бурят скважину 1. Затем в забой скважины опускают шток 2 с жестко соединенным на конце штампом 3. Конструкция штока 2 и штампа 3 рассчитываются на расчетную нагрузку по пяте сваи. Для обеспечения жесткости и оптимальной материалоемкости высоту штампа принимают не более диаметра скважины.. Диаметр штампа 3 принимается равным диаметру скважины 1, диаметр штока 2 меньше диаметра штампа 3. Шток может быть выполнен из стальной трубы, заполненной после установки в скважину бетоном. На штамп вокруг штока одевают упругую кольцевую прокладку 4 из мягкой резины, нескольких слоев гидроизоляционной пленки или другого материала. Затем устраивают наружную железобетонную оболочку 5. Для этого в скважину 1 на упругую прокладку 4 устанавливают стальную трубу-опалубку 6 с приваренным плоским торцевым кольцом 7, наружный диаметр которого равен диаметру штампа 3. При этом диаметр трубы-опалубки 6, которая является опалубкой наружной оболочки, должен быть больше диаметра штока 2. После этого между обсадной трубой или стенками скважины 1 и трубой-опалубкой 6 опускают арматурный каркас 8, после чего производят бетонирование полости между обсадной трубой (или стенками скважины 1) и стальной трубой-опалубкой 6 с образованием наружной железобетонной оболочки 5. После того как бетон набрал проектную прочность приступают к испытаниям.
Испытания проводят в соответствии с действующим ГОСТ 5686-94.
Первоначально через шток 2 подают ступенчато возрастающую нагрузку на штамп 3 и определяют несущую способность сваи по пяте. При этом наружная железобетонная оболочка 5 не препятствует осадке штампа 3. После испытаний воздействием на пяту сваи ступенчато возрастающую нагрузку создают на наружной железобетонной оболочке 5, которая взаимодействует непосредственно с грунтом через стенки скважины 1, и определяют несущую способность сваи по боковой поверхности. Несущую способность сваи определяют как сумму результатов испытаний воздействием на штамп и наружную железобетонную оболочку при равных осадках.