СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ СВАЕЙ С РОСТВЕРКОМ

Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для испытания грунтового основания сваей с ростверком.

Известен способ измерения распределения внешней нагрузки на свайный фундамент между сваями и ростверком [Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов / Под ред. А.А. Бартоломея. - М.: Стройиздат, 1994. - 384 с. (с.50)], включающий установку на сваи (две и более) сборных ростверков, опирающихся также на грунтовое основание, установку на подошве ростверков, находящейся в контакте с поверхностью грунтового основания, датчиков давления грунта, нагружение фундамента гидравлическим домкратом через стальную раму, передающую нагрузку от домкрата на ростверк и сваи, измерение осадки свай и ростверка при увеличении силы домкрата. По данным датчиков давления рассчитывают силу сопротивления грунтового основания ростверку и определяют ее долю от общей силы, действующей со стороны домкрата на фундамент.

Недостатками известного способа являются:

- измерение сопротивления грунтового основания ростверку в ограниченном числе точек не позволяет достоверно рассчитать сопротивление грунтового основания ростверку, так как оно сильно изменяется вдоль грани ростверка в промежутке между сваями;

- большая зависимость сопротивления грунтового основания ростверку от конкретной конструкции фундамента (числа свай в фундаменте, расстояния между ними), поэтому испытание может проводиться только после устройства фундамента полностью или его типовых частей.

Известен способ оценки несущей способности свайных фундаментов с учетом влияния ростверка и элемент ростверка для его реализации [Патент РФ на изобретение №2238367, E02D 13/06, E02D 27/14, E02D 33/00, БИ №34, 2006 (прототип], согласно которому предварительно определяют несущую способность одиночной сваи путем применения одиночных ударов по отказу в конце забивки сваи, затем надевают на голову сваи элемент ростверка, осуществляют подсыпку и притирку его к поверхности грунта, проводят динамическое испытание сваи с ростверком, затем по разности результатов несущей способности одиночной сваи и сваи с ростверком судят о вкладе ростверка в несущую способность фундамента.

Недостатками известного способа и элемента ростверка являются:

- раздельное испытание грунтового основания одиночной сваей и сваей с ростверком. Между этими двумя испытаниями производится монтаж ростверка, подсыпка и притирку его к поверхности грунта, что делает недостоверной оценку вклада ростверка в несущую способность грунтового основания при нагружении его сооружением, вследствие субъективного влияния производимых действий на свойства грунтов основания ростверка;

- применение испытания динамической нагрузкой, тогда как эксплуатационное нагружение является статическим, и реакция на него грунтового основания отличается от реакции на динамическое нагружение.

Задача изобретения - обеспечение идентичности испытания грунтового основания сваей с ростверком натуральным условиям их работы в фундаментах сооружений.

Технический результат изобретения - определение сопротивления фунтового основания ростверку и повышение достоверности результатов при одном испытании, упрощение и удешевление технологии испытания грунтового основания сваей с ростверком.

Технический результат достигается тем, что в способе испытания грунтового основания сваей с ростверком, включающем приложение вертикальной силы на сваю с ростверком в виде квадратной плиты в плане, измерение приложенной силы и осадки сваи и расчет сопротивления грунта, плиту ростверка выполняют горизонтально и симметрично расположенной относительно сваи, с размерами сторон в 6 раз больше диаметра сваи, толщиной в 40 раз меньше размера сторон плиты и из материала с модулем упругости менее 210000 МПа, подводят к поверхности грунтового основания до полного соприкосновения и жестко закрепляют на голове сваи, при этом одновременно измеряют вертикальные перемещения четырех угловых точек плиты ростверка и рассчитывают сопротивление грунтового основания ростверку и свае по формулам

и

где P_r - сила сопротивления грунтового основания плите ростверка;

P_s - сила сопротивления грунтового основания свае;

P - вертикальная сила, приложенная к свае с ростверком;

y - среднее арифметическое перемещений четырех углов плиты ростверка;

a - сторона квадратной плиты ростверка;

h - толщина плиты ростверка;

E - модуль упругости материала плиты ростверка;

ν - коэффициент Пуассона материала плиты ростверка.

В частности:

горизонтальное и симметричное расположение квадратной плиты ростверка относительно сваи, подведение ее к поверхности фунтового основания до полного соприкосновения и жесткое закрепление на голове сваи обеспечивает равномерное распределение приложенной силы на плите ростверка, предотвращение возникновения касательных сил и идентичность испытания сваи с ростверком натуральным условиям их работы в фундаментах сооружений;

выполнение ростверка в виде квадратной плиты с размерами сторон в 6 раз больше диаметра сваи, толщиной в 40 раз меньше размера сторон плиты и из материала с модулем упругости менее 210000 МПа обеспечивает такую величину упругой деформации (перемещения) ее углов под действием приложенной силы, которую можно измерить и зарегистрировать известными приборами;

одновременная регистрация упругой деформации (перемещения) угловых точек плиты ростверка в симметричных точках позволяет повысить достоверность результатов испытаний.

Таким образом совокупность указанных отличительных признаков обеспечивает новый положительный эффект и является сущностью изобретения.

Пояснения к заявляемому способу испытания грунтового основания сваей с ростверком и один из вариантов конструкции устройства для реализации этого способа схематично приведены на чертеже, где на:

фиг.1 - принципиальная блок-схема устройства для реализации способа испытания грунтового основания сваей с ростверком;

фиг.2 - графики зависимости перемещения углов квадратной плиты ростверка толщиной h=0,03; 0,04 и 0,05 м от силы сопротивления плиты ростверка перемещению его углов, закрепленного на свае диаметром D=0,35 м и имеющего размер сторон a=2,1 м и модуль упругости E=210000 МПа.

Устройство для реализации способа испытания грунтового основания сваей с ростверком состоит из сваи 1, ростверка 2, упорной системы 3, блока 4 приложения силы, регистратора 5 приложенной силы, регистратора 6 осадки сваи с ростверком, регистраторов 7 деформации углов ростверка.

Свая 1 может иметь круглую или квадратную форму в поперечном сечении.

Ростверк 2 выполняют в виде горизонтально и симметрично расположенной относительно сваи квадратной плиты с размерами сторон в 6 раз больше диаметра сваи и толщиной в 40 раз меньше размера сторон плиты из материала с модулем упругости не более 210000 МПа. В частности, для типовой сваи диаметром D=0,35 м квадратная плита ростверка из материала с модулем упругости E=210000 МПа может быть выполнена с размером сторон a=2,1 м и толщиной 30, 40 или 50 мм, т.е при a/D=6 отношение a/h=40-70 (см. фиг.2).

Упорная система 3 может быть выполнена, например, в виде жесткой упорной балки и анкеров.

Блок 4 приложения нагрузки может быть выполнен, например, в виде гидродомкрата.

Регистратор 5 приложенной нагрузки может быть выполнен, например, в виде цифрового датчика давления с блоком памяти.

Регистратор 6 осадки штампа может быть выполнен, например, в виде цифрового датчика линейных перемещений с блоком памяти.

Регистраторы 7 деформации углов ростверка могут быть выполнены, например, в виде цифрового датчика линейных перемещений с блоком памяти.

Способ испытания грунтового основания сваей с ростверком осуществляется следующим образом.

На голове сваи 1, погруженной в грунтовое основание, подводят ростверк 2, выполненный в виде горизонтально и симметрично расположенной относительно сваи квадратной плиты, до полного соприкосновения с поверхностью грунтового основания и жестко закрепляют на голове сваи. При необходимости поверхность грунтового основания предварительно выравнивают путем снятия выпуклостей, не нарушая природное сложение грунтового основания.

Монтируют упорную систему 3, блок 4 приложения силы, регистратор 5 приложенной силы, регистратор 6 осадки сваи с ростверком и регистраторы 7 деформации углов ростверка. Регистраторы 7 деформации углов ростверка размещают симметрично по углам квадратной плиты ростверка.

После монтажа устройства для испытания грунтового основания сваей с ростверком производят приложение силы на сваю 1 с ростверком 2 с помощью блока 4 приложения силы. Приложенную силу на сваю с ростверком регистрируют регистратором 5 приложенной силы. Осадку сваи с ростверком, возникающую под действием приложенной силы, регистрируют регистратором 6 осадки сваи с ростверком. Одновременно с этим регистрируют вертикальные перемещения четырех угловых точек плиты ростверка регистраторами 7 деформации углов ростверка.

В результате испытания получают силу сопротивления грунтового основания свае с ростверком.

По результатам испытания рассчитывают силу сопротивления грунтового основания нагруженной плите ростверка по формуле (1).

По разнице силы сопротивления грунтового основания нагруженной свае с ростверком и нагруженного ростверка определяют силу сопротивления грунтового основания свае по формуле (2).

Таким образом, изобретение упрощает и удешевляет испытания свай с ростверком, обеспечивает идентичность испытания свай с ростверком натуральным условиям их работы в фундаментах сооружений, позволяет достоверно учитывать распределение нагрузки на фундамент между сваей и ростверком в конкретных условиях строительства.