Способ определения значения эксплуатационной нагрузки на железобетонную сваю в составе зданий или сооружений

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний железобетонных свай в свайном фундаменте зданий и сооружений на стадии эксплуатации при обследовании и оценке уровня их безопасности по условию прочности. Способ определения несущей способности железобетонной сваи здания или сооружения на стадии эксплуатации, заключающийся в том, что из свайного основания выбирают сваю с наибольшей нагрузкой на нее от вышерасположенных конструкций или сваю с наибольшими повреждениями и деградацией бетона, затем на очищенную от грунта поверхность сваи в наиболее ослабленном месте сваи в результате деградации бетона сваи наклеивают вдоль сваи параллельно относительно друг друга четыре рабочих тензорезистора в местах сваи без арматуры на расстоянии 100-200 мм друг от друга вдоль сваи и 4 компенсационных тензорезистора поперек сваи в любом месте, создают четыре мостовые схемы из этих тензорезисторов и измеряют омическое сопротивление всех рабочих тензорезисторов R_0,i. Затем выше и ниже тензорезисторов алмазной фрезой фрезеруют отверстия диаметром, равным 3-4 ширины подложки тензорезистора, глубиной 40-80 мм на расстоянии 30-40 мм выше и ниже от тензорезистора и через 4 или более часов вновь измеряют сопротивление рабочих тензорезисторов R_1,i и определяют деформацию бетона сваи по приведенной зависимости. Такую операцию проводят на всех четырех тензорезисторах на свае, а для восстановления исходной несущей способности в отверстия закладывают по два металлических полуцилиндра на 3-5 мм меньше диаметра отверстия и между ними забивают стальной клин шириной, равной диаметру полуцилиндров с доведением омического сопротивления R_1,i до значения R_0,i на каждом тензорезисторе. Затем поверхность сваи на участках отверстий со стальными полуцилиндрами покрывается эпоксидной смолой от коррозии, а по результатам измерений деформаций бетона сваи в четырех противоположных участках вычисляют среднее значение деформации бетона и арматуры по формуле , а напряжение в арматуре и в бетоне определяют по формулам, и , где E_s – модуль упругости стали арматуры, принимаемый 2·10¹¹ Па; E_b – модуль упругости бетона, определяемый неразрушающими методами, и нагрузку на сваю определяют по формуле , где A_s, A_b – площади поперечного сечения арматуры и бетона, соответственно. Технический результат состоит в повышении точности и достоверности оценки эксплуатационной нагрузки на железобетонную сваю. 1 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний железобетонных свай в свайном фундаменте зданий и сооружений на стадии эксплуатации при обследовании и оценке уровня их безопасности по условию прочности.

Известен способ определения нагрузки (напряжений) на фундамент, заключающийся в том, что на малой площади поверхности фундамента наклеивают тензорезисторы, измеряют омическое сопротивление R₀ тензорезисторов, фрезеруют кольцевой надрез вокруг наклеенных тензорезисторов фрезерованием на поверхности фундамента на глубину 3/4 диаметра кольцевого надреза, измеряют омическое сопротивление R₁ тензорезисторов, определяют деформацию по формуле , где k - коэффициент тензочувствительности тензорезисторов. По деформации и модулю упругости материала фундамента Е определяют напряжение в материале фундамента и нагрузку на фундамент , где – площадь фундамента, а с учетом части элемента ниже наклеенных тензорезисторов на высоте h по формуле: , где h – высота, равная расстоянию от тензорезисторов до подошвы фундамента; г – плотность материала фундамента (Лужин О.В., Злочевский А.Б., Горубнов И.А. и др. Обследование и испытание сооружений: Учеб. для вузов / О.В. Лужин, А.Б. Злочевский, И.А. Горбунов, В.А. Волохов; под ред. О.В. Лужина. – М.: Стройиздат, 1987. 263 с.: ил.).

Недостатком этого способа является низкая точность определения нагрузки на фундамент из-за необходимости нарушения электрической цепи измерительной системы на период образования кольцевого надреза, что влечет появление ошибки в измерениях омического сопротивления R₁.

Известен способ определения несущей способности буронабивной сваи, заключающийся в предварительном сооружении буронабивной сваи путем вращательного погружения в грунт инвентарной обсадной трубы с теряемым наконечником, последующим заполнением инвентарной обсадной трубы арматурным каркасом и бетоном и, при достижении последним проектной прочности, приложением статической вдавливающей нагрузки к свае и измерением ее перемещения. Перед заполнением инвентарной обсадной трубы бетоном в ней устанавливают стакан, между днищем которого и наконечником размещают датчик усилия, связанный с регистрирующей аппаратурой, которую располагают на поверхности грунта. Датчик усилия изолируют от окружающего пространства по периметру стакана посредством кольца, выполненного из упругоэластичного материала, которое устанавливают также между наконечником и днищем стакана. Стакан и датчик усилия вводят в инвентарную обсадную трубу совместно с арматурным каркасом. Испытание сваи осуществляют методом циклических нагружений после набора проектной прочности, при этом одновременно снимают показания с датчика усилий для выделения из показаний усилий части внешней нагрузки, характеризующей несущую способность буронабивной сваи, отделения переменной и нестабильной части в виде сил трения (RU № 2349711, МПК E02D33/00, опубл. 20.03.2009).

Недостатками этого способа являются трудоемкость проведения испытаний, высокая стоимость проведения испытания, связанная с возведением аналогичной сваи, невозможность учета деградации бетона и арматуры в аналогичной свае в составе свайного основания фундамента здания после нескольких лет эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения нагрузки на бетонные и кирпичные несущие стены зданий и сооружений на стадии эксплуатации, заключающийся в том, что на поверхности стены или фундамента вдоль силовых линий (нагрузки) наклеивают тензорезистор и измеряют его электрическое сопротивление R₀. Затем высверливают отверстия в стене или фундаменте диаметром в 3-4 раза более ширины тензорезистора, глубиной 40-60 мм, на расстоянии равном 3-4 размерам ширины тезорезистра выше и ниже его, и вновь измеряют омическое сопротивление R₁ тензорезистора. Деформацию определяют по формуле , где k - коэффициент тензочувствительности тензорезистора. Нагрузку на стены, колонную или фундаменты определяют по формуле , где Е – модуль упругости материала стен или фундаментов; γ – плотность материала стен или фундамента; А – площадь поперечного сечения участка стены или фундамента на единице их длины (RU №2582495, МПК С01L1/18, опубл. 27.04.2016).

Недостатком данного изобретения является измерение нагрузки только с одной стороны стены или фундамента, что при возможных эксцентриситетах приложения нагрузки приводит к некорректным расчетам; также в изобретении после высверливания отверстия не предусмотрено время для стабилизации деформаций материалов.

Техническим результатом, на который направлено данное изобретение, является повышение точности и достоверности оценки эксплуатационной нагрузки на железобетонную сваю. Технический результат достигается за счет измерения деформации по 4 граням сваи и выдержки времени для стабилизации деформаций, а также за счет закладывания в отверстия металлических полуцилиндров после испытаний.

Изобретение поясняется графически (фиг. 1). На фиг. 1 представлен условный вид железобетонной сваи в процессе испытаний, где введены обозначения 1 – тензорезистор, 2 – высверленное отверстие, 3 – арматура; N – эксплуатационная нагрузка на сваю; А-А – разрез.

Предлагаемый способ определения несущей способности железобетонной сваи здания или сооружения на стадии эксплуатации, заключается в том, что из свайного основания выбирают сваю с наибольшей нагрузкой на нее от вышерасположенных конструкций и сваю с наибольшими повреждениями и деградацией бетона. Затем на очищенную от грунта поверхность сваи любой формы поперечного сечения в наиболее ослабленных местах сваи в результате деградации бетона с учетом отсутствия в этих местах арматуры, наклеивают вдоль сваи параллельно относительно друг друга четыре рабочих тензорезистора на расстоянии 100-200 мм друг от друга и 4 компенсационных тензорезистора поперек сваи в любом месте, создают четыре мостовые схемы из этих тензорезисторов и измеряют омическое сопротивление всех четырех рабочих тензорезисторов R_0,i, затем выше и ниже тензорезисторов алмазной фрезой фрезеруют отверстия диаметром равным 3-4 ширины тензорезистора, глубиной 40-80 мм на расстоянии 30-40 мм выше и ниже от тензорезистора, и через 4 или более часов вновь измеряют сопротивление рабочих тензорезисторов R_1,i и определяют деформацию бетона сваи по каждому рабочему тензорезистору по формуле: , где k_i – коэффициент тензочувствительности тензорезистора, – омическое сопротивление рабочего тензорезистора до фрезеровки отверстия, – омическое сопротивление рабочего тензорезистора после фрезеровки отверстия, i=1, 2, …, 4. Такую операцию проводят на всех четырех тензорезисторах на свае. Для восстановления исходной несущей способности в отверстия сваи закладывают по два металлических (стальных) полуцилиндра на 3-5 мм меньше диаметра отверстия и между ними забивают стальной клин шириной равной диаметру полуцилиндров с доведением омического сопротивления R_1,i до значения R_0,i на каждом тензорезисторе. Поверхность сваи на участках отверстий со стальными полуцилиндрами покрывается эпоксидной смолой от коррозии. По результатам измерений деформаций бетона сваи в четырех противоположных участках сваи вычисляют среднее значение деформации бетона и арматуры по формуле . Деформации в бетоне и арматуре будут одинаковыми по гипотезе плоских сечений. Напряжение в арматуре и в бетоне определяют по формулам, соответственно: и , где – модуль упругости стали арматуры, принимаемый 2·10¹¹ Па; модуль упругости бетона, определяемый неразрушающими методами, например, прибором ПУЛЬСАР 1.0.

Нагрузку на сваю определяют по формуле , где , – площади поперечного сечения арматуры и бетона, соответственно. Эксплуатационная нагрузка на сваю вычисляется по формуле .

По сравнению с известными, представленное изобретение позволяет получить более точную оценку эксплуатационной нагрузки за счет измерения деформаций по всем граням сваи, а также за счет учета времени стабилизации деформаций (релаксации).

Способ определения несущей способности железобетонной сваи здания или сооружения на стадии эксплуатации, заключающийся в том, что из свайного основания выбирают сваю с наибольшей нагрузкой на нее от вышерасположенных конструкций или сваю с наибольшими повреждениями и деградацией бетона, затем на очищенную от грунта поверхность сваи в наиболее ослабленном месте сваи в результате деградации бетона сваи наклеивают вдоль сваи параллельно относительно друг друга четыре рабочих тензорезистора в местах сваи без арматуры на расстоянии 100-200 мм друг от друга вдоль сваи и 4 компенсационных тензорезистора поперек сваи в любом месте, создают четыре мостовые схемы из этих тензорезисторов и измеряют омическое сопротивление всех рабочих тензорезисторов R_0,i, затем выше и ниже тензорезисторов алмазной фрезой фрезеруют отверстия диаметром, равным 3-4 ширины подложки тензорезистора, глубиной 40-80 мм на расстоянии 30-40 мм выше и ниже от тензорезистора и через 4 или более часов вновь измеряют сопротивление рабочих тензорезисторов R_1,i и определяют деформацию бетона сваи по формуле , где k_i – коэффициент тензочувствительности тензорезистора, – омическое сопротивление рабочего тензорезистора до фрезеровки отверстия, – омическое сопротивление рабочего тензорезистора после фрезеровки отверстия, i=1, 2, ..., 4, такую операцию проводят на всех четырех тензорезисторах на свае, а для восстановления исходной несущей способности в отверстия закладывают по два металлических полуцилиндра на 3-5 мм меньше диаметра отверстия и между ними забивают стальной клин шириной, равной диаметру полуцилиндров с доведением омического сопротивления R_1,i до значения R_0,i на каждом тензорезисторе, затем поверхность сваи на участках отверстий со стальными полуцилиндрами покрывается эпоксидной смолой от коррозии, а по результатам измерений деформаций бетона сваи в четырех противоположных участках вычисляют среднее значение деформации бетона и арматуры по формуле , а напряжение в арматуре и в бетоне определяют по формулам, и , где E_s – модуль упругости стали арматуры, принимаемый 2·10¹¹ Па; E_b – модуль упругости бетона, определяемый неразрушающими методами, и нагрузку на сваю определяют по формуле , где A_s, A_b – площади поперечного сечения арматуры и бетона, соответственно.