Устройство для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи Российский патент 2024 года по МПК E02D1/00 

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам для измерения деформаций грунтов.

Известно устройство для измерения деформаций грунтов, содержащее полый репер, гибкий шнур с маркой на конце, трубку со сквозной прорезью и размещенную внутри нее втулку, трубка установлена на внешней поверхности репера возле сквозного паза, выполненного в стенке репера и идентичного сквозной прорези в трубке, устройство также снабжено полым измерительным стержнем, расположенным внутри репера и нижним концом, жестко связанным со стержнем с пластиной на конце, проходящим через отверстие во втулке, а гибкий шнур проходит через отверстие во втулке и измерительный стержень [Патент РФ №2164979, E02D 1/00. Устройство для измерения деформаций грунтов на склонах / Петров В.С., Манзырев Д.В. // Изобретения. Полезные модели, 2001, №10].

Недостатками известного устройства являются:

- невозможность измерения сдвиговых деформаций грунта вблизи железобетонной конструкции и в непосредственном контакте с ней, которые нужны для расчетов трения грунта на контакте со стеной [1) Руководство по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и гражданского строительства / ЦНИИПромзданий Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1984. - 117 с.; 2) Далматов Б.И., Бронин В.Н., Голли А.В. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: учебное пособие / Под ред. Б.И. Далматова, 2-е изд. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2001. - 440 с.];

- низкая точность измерения перемещений марок из-за связи их с измерительной частью гибким шнуром и неустойчивого консольного размещения измерительного стержня в репере на чувствительном стержне;

- низкая достоверность результатов измерений смещений грунта вследствие сопротивления перемещению гибкого шнура в месте изгиба полого измерительного стержня;

- дополнительные трудозатраты по установке трубки на внешней стороне репера и проходки для этого дополнительного шурфа, нарушающего устоявшееся сложение грунта и снижающего достоверность результатов;

- дополнительные трудозатраты на гидроизоляцию репера;

- невозможность использования на больших глубинах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно поверхности бетонной конструкции, включающее репер, являющийся корпусом устройства с боковым окном, и чувствительный элемент, соединенный с передаточным стержнем, размещенным с возможностью осевого перемещения в направляющих втулках, неподвижно закрепленных в корпусе, шарнирно соединенным с чувствительным элементом в его средней части на оси передаточного стержня, и снабженным датчиком величины поворота чувствительного элемента, при этом чувствительный элемент одним концом шарнирно соединен с корпусом, а другим концом проходит через боковое окно в корпусе и в исходном положении, перпендикулярном оси передаточного стержня, выступает за наружную поверхность корпуса [Патент на изобретение РФ №2733339, E02D 1/02. Устройство для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно поверхности бетонной конструкции / П.А. Ляшенко, В.В. Денисенко, М.Б. Мариничев // Изобретения. Полезные модели, 2020, №28 - прототип].

Недостатками этого известного устройства являются:

- большая длина передаточного стержня, приводящая к его продольному изгибу, увеличивающемуся с увеличением глубины размещения устройства, и к снижению точности измерения поворота чувствительного элемента и надежности работы устройства;

- конструкция устройства ограничивает глубину его применения и не позволяет размещать нескольких устройств на одной оси железобетонной конструкции и, соответственно, не позволяет измерять сдвиговые деформации грунта относительно поверхности бетонной конструкции одновременно или последовательно в нескольких уровнях по всей ее высоте железобетонной конструкции;

- через боковое окно в корпусе устройства при бетонировании конструкции в корпус устройства может проникать бетон, препятствующий работе чувствительного элемента;

- для выведения чувствительного элемента в исходное горизонтальное положение требуются дополнительные технологические операции и приспособления.

- невозможность использования для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности длинных буронабивных свай.

Задача изобретения - обеспечение возможности измерений сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности длинных буронабивных свай одновременно или последовательно в нескольких уровнях по всей длине свай.

Технический результат изобретения - обеспечение одновременного измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности длинных буронабивных свай в нескольких уровнях по всей ее длине, повышение точности и достоверности результатов измерений, упрощение конструкции устройства и его использования.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи, включающем корпус, имеющий боковое окно, и чувствительный элемент, размещенный в корпусе, согласно изобретению, чувствительный элемент выполнен в виде волоконно-оптического кабеля, проложенного на всю высоту корпуса в направляющей, неподвижно закрепленной в корпусе, при этом корпус имеет высоту, равную длине буронабивной сваи, и полукруглую форму в поперечном сечении, а боковое окно выполнено на всю высоту корпуса и снабжено выдвижной крышкой, соединенной с гибкой шторкой, размещенной между чувствительным элементом и выдвижной крышкой.

Совокупность указанных отличительных признаков является сущностью изобретения, обеспечивающей его новизну, изобретательский уровень и промышленную применимость.

Заявляемое устройство для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи и пояснения к его работе схематично изображены на:

фиг. 1 - принципиальная схема устройства для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи в поперечном сечении;

фиг. 2 - принципиальная схема устройства для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи в вертикальном сечении для режима работы рефлектометра в режиме раздельного входа и выхода;

фиг. 3 - принципиальная схема устройства для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи в вертикальном сечении для работы рефлектометра в режиме объединенного входа и выхода.

фиг. 4 - вариант выполнения направляющей чувствительного элемента в форме равнополочного швеллера с двусторонними вырезами полок.

Устройство для измерения сдвиговых деформаций грунта 10 относительно боковой поверхности буронабивной сваи 11 состоит из корпуса 1 с боковым окном 2, чувствительного элемента 3 с удлинителем 4, направляющей 5 с подставкой 6, выдвижной крышки 7 бокового окна 2 и гибкой шторки 8.

Чувствительный элемент 3, выполнен в виде волоконно-оптического кабеля, проложенного на всю высоту корпуса 1 в направляющей 5.

Чувствительный элемент 3 подключается к рефлектометру 9 (Фиг. 2), предназначенному для подачи в волоконно-оптический кабель чувствительного элемента 3 световых лазерных сигналов и приема отраженных в волоконно-оптическом кабеле чувствительного элемента 3 световых лазерных сигналов.

Нижний конец волоконно-оптического кабеля чувствительного элемента 3 может заканчиваться внизу корпуса 1 - для работы рефлектометра 9 в режиме объединенного входа и выхода или с помощью удлинителя 4 выведен по закрытому от контакта с грунтом пространству на поверхность корпуса 1 - для работы рефлектометра 9 в режиме раздельного входа и выхода.

Направляющая 5 на подставке 6 неподвижно закреплена в корпусе 1. Направляющая 5 предназначена для обеспечения прямолинейности и соосности чувствительного элемента 3 по всей его длине. Форма и материал направляющей 5 подбираются с учетом обеспечения минимального контакта волоконно-оптического кабеля чувствительного элемента 3 и, соответственно, его максимального скольжения по направляющей 5. Для минимального контакта направляющей 5 чувствительного элемента 3 по всей его длине направляющая 5 может быть выполнена, например, в форме равнополочного швеллера с двусторонними вырезами полок.

Подставка 6 имеет пустотелую трапецеидальную форму, способствующую улучшению обжатия чувствительного элемента 3 грунтом 10, и используемую для вывода удлинителя 4 на поверхность корпуса 1 в закрытом от контакта с грунтом 10 пространстве - для работы рефлектометра 9 в режиме раздельного входа и выхода.

Корпус 1, боковое окно 2, направляющая 5 и выдвижная крышка 7 имеют высоту, равную длине испытываемой буронабивной сваи 11. В зависимости от длины испытываемой буронабивной сваи 11 корпус 1, направляющая 5 и выдвижная крышка 7 могут изготавливаться цельными или собираться из отдельных секций диной 3-5 м, скрепляемых между собой, например, болтами.

Для повышения жесткости корпуса 1 и улучшению качества обжатия чувствительного элемента 3 грунтом 10 корпус 1 в поперечном сечении имеет полукруглую форму.

Гибкая шторка 8 размещена между выдвижной крышкой 7 и чувствительным элементом 3 по всей его длине, а нижняя часть гибкой шторки 8 соединена с нижней частью выдвижной крышки 7. Гибкая шторка 8 предназначена для предотвращения повреждения чувствительного элемента 3 при закрытии и открытии бокового окна 2 выдвижной крышкой 7.

Устройство для измерения сдвиговой деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи работает следующим образом.

Устройство, собранное в корпусе 1, с закрытой выдвижной крышкой 7 неподвижно крепят к арматурному каркасу 12 буронабивной сваи 11 так, чтобы после спуска арматурного каркаса 12 в скважину внешняя кромка бокового окна 2 над выдвижной крышкой 7 по всей высоте корпуса 1 устройства могла врезаться в боковую поверхность скважины до поверхности выдвижной крышки 7.

В пробуренную в грунтовом основании скважину без обсадной трубы опускают арматурный каркас 12 с устройством и устанавливают его так, чтобы внешняя кромка бокового окна 2 над выдвижной крышкой 7 врезалась в боковую поверхность скважины до поверхности выдвижной крышки 7 по всей высоте корпуса 1 устройства. Таким образом, предотвращается попадание бетона в корпус 1 при бетонировании ствола сваи 11.

Затем производят бетонирование ствола сваи.

После схватывания бетона из устройства извлекают выдвижную крышку 7, вместе с которой извлекается и гибкая шторка 8, полностью открывая чувствительный элемент 3. При этом грунт с боковой поверхности скважины под действием бытового давления вдавливается в корпус 1 и приходит в непосредственное соприкосновение с чувствительным элементом 3. При этом полукруглая форма корпуса 1 и наклонные стенки подставки 6 способствуют симметричному смещению грунта в сторону чувствительного элемента 3, более качественному обжатию чувствительного элемента 3 грунтом и за счет этого более надежному сцеплению грунта 10 с чувствительным элементом 3.

После полного затвердевания бетона производят испытания по определению несущей способности буронабивной сваи с измерением сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи.

Перед началом испытания буронабивной сваи 11 к волоконно-оптическому кабелю чувствительного элемента 3 подключают рефлектометр 9 в зависимости от принятой схемы регистрации результатов - на входе волоконно-оптического кабеля чувствительного элемента 3 для работы в режиме объединенного входа и выхода или на его выходе для работы в режиме раздельного входа и выхода. Модель рефлектометра 9 принимают в зависимости от требуемой частоты и точности измерения сдвиговой деформаций грунта 10 относительно боковой поверхности буронабивной сваи 11.

В процессе испытания под действием прилагаемой вдавливающей силы буронабивная свая 11 смещается и вызывает сдвиговые деформации грунта 10 вблизи ее боковой поверхности, которые передаются волоконно-оптическому кабелю чувствительного элемента 3, обжатого грунтом 10, и отражаются волоконно-оптическим кабелем чувствительного элемента 3, испытывающим деформации того же знака и той же интенсивности, что и грунт.

О местах и величине сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи в различных уровнях грунтового основания судят на основе анализа световых лазерных сигналов, излученных в волоконно-оптический кабель чувствительного элемента 3 и отраженных волоконно-оптическим кабелем чувствительного элемента 3.

Для этого в волоконно-оптический кабель чувствительного элемента 3 рефлектометром 9 подаются импульсные световые лазерные сигналы. В местах деформации волоконно-оптического кабеля чувствительного элемента 3 импульсные световые лазерные сигналы отражаются и принимаются рефлектометром 9. При этом скорость и частота отраженного сигнала зависят от осевой деформации волоконно-оптического кабеля 3.

Математическая обработка излученных в волоконно-оптический кабель чувствительного элемента 3 и отраженных им световых лазерных сигналов позволяет определить место и интенсивность деформации волоконно-оптического кабеля чувствительного элемента 3 по всей его длине и, соответственно, контактирующего с ним грунта 10 по всей длине сваи 11.

Предлагаемое устройство для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи позволяет измерять сдвиговые деформации грунтов вблизи боковой поверхности длинных буронабивных свай в ходе нагружения вдавливающей силой и оценивать распределение сопротивления грунтов основания по длине и по времени нагружения буронабивной сваи, чтобы выбрать оптимальные параметры свайного фундамента из длинных буронабивных свай.

Устройство повышает точность и достоверность результатов измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивных свай и строительных железобетонных конструкций, увеличивает глубины измерений, упрощает и ускоряет их проведение, и т. о. создает положительный технико-эконмический эффект.

Устройство может использоваться также для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности различных строительных железобетонных конструкций, заглубляемых в грунтовые основания.

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам для измерения деформаций грунтов, взаимодействующих с буронабивными сваями. Устройство для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи включает корпус, имеющий боковое окно, и чувствительный элемент, размещенный в корпусе. Чувствительный элемент выполнен в виде волоконно-оптического кабеля, проложенного на всю высоту корпуса в направляющей, неподвижно закрепленной в корпусе. Корпус имеет высоту, равную длине буронабивной сваи, и полукруглую форму в поперечном сечении. Боковое окно выполнено на всю высоту корпуса и снабжено выдвижной крышкой, соединенной с гибкой шторкой, размещенной между чувствительным элементом и выдвижной крышкой. Технический результат состоит в обеспечении одновременного измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности длинных буронабивных свай в нескольких уровнях по всей ее длине, повышении точности и достоверности результатов измерений, упрощении конструкции устройства и его использования. 4 ил.

Устройство для измерения сдвиговых деформаций грунта относительно боковой поверхности буронабивной сваи, включающее корпус, имеющий боковое окно, и чувствительный элемент, размещенный в корпусе, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде волоконно-оптического кабеля, проложенного на всю высоту корпуса в направляющей, неподвижно закрепленной в корпусе, при этом корпус имеет высоту, равную длине буронабивной сваи, и полукруглую форму в поперечном сечении, а боковое окно выполнено на всю высоту корпуса и снабжено выдвижной крышкой, соединенной с гибкой шторкой, размещенной между чувствительным элементом и выдвижной крышкой.