способ определения деформационных свойств грунтовых оснований

Формула изобретения

Способ определения деформационных свойств грунтовых оснований, включающий воздействие на грунт рабочим наконечником устройства для измерения деформаций грунта и определение его деформационных свойств, отличающийся тем, что воздействие на грунт осуществляют в горизонтальном направлении при помощи размещенной в грунте обсадной трубы с отверстиями, в которых устанавливают устройства для измерения деформаций грунта и нагрузочные устройства, а определение деформационных свойств грунта производят по всей зоне формирования осадки последовательно сверху вниз в каждом расчетном слое, удовлетворяющем следующему условию: hi 0,4 в; где hi - высота (толщина) расчетного слоя; в - ширина подошвы фундамента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству сооружений и может быть использовано для определения деформационных характеристик грунтов и горных пород.

Известен способ определения модуля деформации грунтов в скважинах штампом 600 см², включающий проходку (бурение) скважины, обсадку ее трубами до забоя, зачистку забоя, установку штампа на дно выработки с обеспечением плотного контакта его с грунтом, монтаж устройства для нагружения штампа, анкерного устройства и измерительной системы, передачу нагрузки на штамп и регистрацию перемещения штампа (см. ГОСТ 20276-99 «Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости»).

Ограниченность рассматриваемого способа заключается:

- в создании сложной системы анкеровки для восприятия реактивных усилий при передаче нагрузки на штамп, особенно на слабых грунтах;

- технологические сложности определения модуля деформации на разных глубинах в одной скважине, например, необходимость удаления грунта после каждого опыта и тщательной зачистки забоя скважины для обеспечения плотного контакта с грунтом, что не всегда реализуемо;

- модуль деформации, получаемый рассматриваемым способом, является параметром системы штамп-основание, зависимым от размеров штампа;

- необходимость извлечения штампа из скважины и дополнительного ее бурения для проведения испытаний в этой же скважине на другой глубине, учитывая требования ГОСТа 20276-99 для расстояния по глубине между штампами.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения деформационных свойств грунтов с помощью расклинивающего дилатометра РД-100, заключающийся в установке рабочего наконечника дилатометра со штангой между штоком гидродомкрата и поверхностью грунта, в задавливании рабочего наконечника в грунт с последовательным наращиванием колонны штанг, измерении деформаций грунта и определении его деформационных свойств с помощью кабеля и регистрирующего устройства (см. Рекомендации по определению деформационных свойств грунтов расклинивающим дилатометром - М., ПНИИС Госкомархстроя РСФСР, 1991 г. - 28 с.).

В качестве недостатков известного способа можно перечислить следующие:

- недостаточная достоверность получаемой информации вследствие определения деформационных свойств грунта в горизонтальном направлении вместо вертикального, т.е. в требуемом направлении - по линии действия нагрузки, передаваемой сооружениями на грунтовое основание;

- низкая эффективность за счет необходимости получения дополнительной экспериментальной информации, касающейся анизотропных свойств грунтов и введения соответствующих поправок в параметры деформационных свойств грунтов;

- вероятность потери устройства во время проведения опыта при его извлечении из грунтового основания.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и достоверности определений деформационных свойств грунтов и расширение функциональных возможностей способа за счет определения степени анизотропии грунтов.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе определения деформационных свойств грунтовых оснований, включающем воздействие на грунт рабочим наконечником устройства для измерения деформаций грунта и определение его деформационных свойств, воздействие на грунт осуществляют в горизонтальном направлении при помощи размещенной в грунте обсадной трубы с отверстиями, в которых устанавливают устройства для измерения деформаций грунта и нагрузочные устройства, а определение деформационных свойств грунта производят по всей зоне формирования осадки последовательно сверху вниз в каждом расчетном слое, удовлетворяющем условию hi 0,4 в; где hi - высота (толщина) расчетного слоя, в - ширина подошвы фундамента.

Заявленный способ отличается от прототипа тем, что позволяет эффективно и достоверно определять деформационные свойства грунтов в вертикальном направлении и повысить надежность получаемой информации, а также исключить потерю наконечника при проведении испытаний.

Для этого используют:

- бурение скважины на глубину формирования осадки фундамента с одновременным погружением в нее обсадной трубы с прямоугольными отверстиями, расположенными в середине каждого расчетного слоя;

- воздействие на грунт в горизонтальном направлении устройствами для измерения деформации с помощью нагрузочных устройств;

- определение деформационных свойств грунтов по всей зоне формирования осадки последовательно сверху вниз в каждом расчетном слое.

В предлагаемом способе бурение скважины на глубину формирования осадки фундамента с одновременным погружением в нее трубы с прямоугольными отверстиями, расположенными в середине каждого расчетного слоя, воздействие на грунт в горизонтальном направлении устройствами для измерения деформации, определение деформационных свойств грунтов по всей зоне формирования осадки последовательно сверху вниз в каждом расчетном слое позволяет:

- определить деформационные свойства грунтов в вертикальном направлении для повышения достоверности получаемых сведений ввиду использования в расчетах деформаций грунтовых оснований параметров деформационных свойств грунта по направлению нагрузки, передаваемой сооружением, т.е. в вертикальном направлении;

- повысить эффективность способа за счет прямого определения деформационных свойств грунтовых оснований без получения дополнительной информации об анизотропии грунтов и введения поправочных коэффициентов;

- получать одновременно в одной скважине на разных глубинах по всей зоне формирования осадки достоверную информацию о механических свойствах грунтов;

- произвести оценку степени механической анизотропии грунтов.

На фиг.1 показана обсадная погружаемая труба 1 с прямоугольными отверстиями 2, направляющими балками 3, пружинами 4, соединенными между собой пластинами 5, рабочим наконечником 6, с подшипниками качения 7, со штангой 8, с кабелем регистрирующего устройства 9, с треугольной пластиной с острыми углами при вершине 10, прикрепленной к рабочему наконечнику.

На фиг.2 показан вид сверху обсадной погружаемой трубы.

На фиг.3. показана схема определения деформационных свойств грунтовых оснований 11 нагруженными фундаментами 12 с зоной формирования осадки 13, расчетными слоями 14, обсадной погружаемой трубой 1 с прямоугольными отверстиями 2.

Реализация способа определения деформационных свойств грунтовых оснований заключается в следующем:

- в зависимости от размеров фундамента 12 и нагрузки, передаваемой им на основание 11, назначается глубина исследования деформационных свойств пород;

- на глубину зоны формирования осадки 13, считая от дневной поверхности, в предварительно пробуренную скважину погружают трубу 1 с прямоугольными отверстиями 2, расположенными в середине каждого расчетного слоя грунта, снабженную направляющими балками 3, рабочим наконечником 6, пружинами 4, пластинами 5, треугольными пластинами с острыми углами при вершине 10, прикрепленными к рабочему наконечнику 6;

- к валу буровой установки присоединяют колонну штанг 8, подшипник качения 7;

- на колонну штанг 8 передается вертикальное сжимающее усилие N, при этом подшипники качения 7 начинают перемещаться вниз по вертикали, имея с одной стороны внутреннюю поверхность погружаемой трубы 1 с прямоугольными отверстиями 2, а с другой стороны - поверхность треугольной пластины 10;

- при перемещении подшипников качения 7 происходит горизонтальное перемещение рабочего наконечника 6 через отверстие 2 по направляющим балкам 3 в грунт, в середину первого расчетного слоя 14, при этом нагрузка, передаваемая с помощью подшипников качения 7, реализуется через треугольную пластину с острыми углами при вершине 10 и пластину 5, прикрепленную к пружинам 4;

- производится запись информации с помощью кабеля регистрирующего устройства 9;

- задавливание рабочего наконечника 6 в грунт сопровождается сжатием пружин 4;

- при дальнейшем перемещении подшипников качения 7 вниз до следующего рабочего наконечника происходит извлечение первого рабочего наконечника 6, считая от дневной поверхности, из грунта за счет реакции сжатых пружин 4;

- второй, считая от дневной поверхности, рабочий наконечник таким же образом, что и первый, задавливается в грунт в середину второго расчетного слоя 14 с регистрацией требуемой информации с помощью кабеля регистрирующего устройства 9;

- таким же образом происходит задавливание в грунт и извлечение рабочих наконечников с получением необходимой информации при помощи кабеля регистрирующего устройства 9.

При перемещении подшипников качения 7 вверх по трубе они воздействуют на нижние поверхности треугольных пластин 10, повторно задавливают рабочие наконечники 6 в грунт и тем самым освобождают пространство для собственного извлечения из трубы 1.

Применение предлагаемого способа позволяет:

- достоверно определять деформационные свойства грунтов в вертикальном направлении в соответствии с требованиями нормативных документов;

- эффективно получать достоверную информацию о деформационных свойствах грунтов на разных глубинах, минуя дополнительные процедуры, касающиеся определения степени анизотропии грунтов и введения поправочных коэффициентов;

- исключить влияние анизотропии механических свойств грунтов на конечный результат измерений;

- исключить возможность потери устройства.

Таким образом, реализация предлагаемого способа обеспечивает эффективное получение достоверной информации о деформационных свойствах грунтов в вертикальном направлении в условиях их естественного залегания на разных глубинах, например в пределах зоны формирования осадки сооружения в направлении действия вертикальных сжимающих напряжений в середине каждого расчетного слоя.

Другой функциональной возможностью предлагаемого способа является оценка степени анизотропии механических свойств грунтов, что является решающим фактором в выборе расчетной модели грунтового основания.