CC BY
7Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Подземное строительство
УДК 624.154.64
А. Г. МАЛИНИН, канд. техн. наук, технический директор, Д. А. ММАЛИНИН, инженер (madmi@yandex.ru), СК«ИнжПроектСтрой» (Пермь)
Исследование прочности контакта армирующего элемента с цементным камнем
Приведены результаты экспериментальных работ, связанных с применением различных типов полых металлических. армирующих тяг при устройстве самозабуриваемых грунтовых аркеров и микросвай. Показано, что адгезия металла с цементом повышает прочность свай по грунту.
Ключевые слова: анкерная свая, адгезия, сцепление, винтовая накатанная поверхность.
В настоящее время при строительстве глубоких котлованов и креплении автодорожных откосов все более широко применяются самозабуриваемые грунтовые анкеры типа Titan или Атлант. Вопросы, связанные с оценкой их несущей способности по грунту, достаточно подробно изучены [1]. Между тем, существуют вопросы, связанные с оценкой прочности контакта между цементным телом анкера и его металлической тягой. Именно этой теме и были посвящены лабораторные испытания, представленные в настоящей работе.
Полые трубчатые анкерные тяги, выполненные из высокопрочной стали, применяются не только для анкеров Атлант, но и для устройства микросвай при усилении фундаментов, а также для армирования свай, выполненных по технологии струйной цементации грунтов [2].
Прочность сцепления армирующего элемента с цементным камнем определяется сопротивлением выдергиванию или вдавливанию металического элемента, установленного в цементный образец. Прочность сцепления между металлическим элементом и цементным камнем зависит от следующих факторов:
- сцепление, формируемое за счет шероховатости и выступов на поверхности армирующего элемента;
- силы трения, возникающие под влиянием усадки цемента в процессе его твердения;
- адгезия цементного камня к металлу.
Наибольшее воздействие на прочность контакта оказывает первый из перечисленных факторов. Для исследования его влияния выполнена серия лабораторных испытаний по определению прочности контакта (адгезии) между металлической трубой и цементным камнем.
Для изготовления образцов, моделирующих работу трубчатого элемента в цилиндрическом цементном теле анкерной сваи разработаны специальные формы (рис. 1, 3).
В центр формы устанавливали армирующие трубы различного типа:
- новая труба с гладкой поверхностью;
- труба вторичного использования с корродированной поверхностью;
- труба с окрашенной поверхностью;
- труба с приваренными по всей длине четырьмя арматурными отрезками А III 010 мм;
168
№
62
60
ш
Рис. 1. Схема формы для заливки образцов
Рис. 2. Схема оснастки для пресса
80
62
5
6
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
M^kv. як iL к. '■'• ™
Mi >«жЖ :
Рис. 3. Внешний вид форм заливки образцов
- труба с накатанной винтовой поверхностью.
Диаметр армирующих труб 60 мм, а трубы с накатанной резьбой 57 мм. Высота формы 108 мм, что соответствует расчетной площади контакта трубы с цементом 200 см2. Внешний диаметр образца 168 мм, что примерно соответствует диаметру реальной анкерной сваи.
Для заливки образцов использовались портландцемент ПЦ 500, песок и вода, смешиваемые в соотношении 1/0,1/0,5 соответственно.
Первоначальная серия испытаний была направлена на исследование влияния состава цементно-песчаной смеси. В этих образцах была установлена труба с гладкой поверхностью и варьировалось только соотношение воды, цемента и песка (В/Ц/П = 0,4/1/0; 0,5/1/0,1; 0,5/1/1). Для набора статистики выполнено по 6 образцов всех типов.
После заливки образцы набирали прочность в течение 28 сут при температуре 20оС во влажной среде.
Испытания проводились на гидравлическом прессе с максимальной усилием 500 кН. Для испытаний применялась специальная оснастка для пресса (рис. 2), представляющая собой диск толщиной 20 мм с внутренним отверстием 62 м; труба выдавливалась из цемента до срыва по контакту. Испытательный стенд показан на рис. 4.
Прочность адгезии определялась отношением разрушающей нагрузки к площади части поверхности трубы, находящейся в цементе.
= FJSk,
где Flm - предельное разрушающее усилие, Sk - площадь контакта.
Результаты испытаний приведены на рис. 5.
Серия испытаний, в которой в образцах варьировались соотношения цементно-песчаной смеси, показала незначительное влияние состава цементного тела анкера на адгезионные свойства.
Из результатов экспериментов следует, что прочность контакта в значительной степени зависит от характера поверхности армирующего элемента. Самый низкий результат показал эксперимент с окрашенной трубой в силу существования разделительного лакокрасочного слоя. Труба с корродированной поверхностью имеет прочность контакта, в 1,5-2 раза превышающую прочность контакта с гладкой поверхностью.
В образцах с винтовой трубой и приваренными арматурными отрезками адгезионная прочность превысила когезию, т. е. произошло разрушение цементного камня (рис. 6-8).
Для оценки полученных результатов необходимо отметить, что, к примеру, несущая способность по грунту одного погонного метра анкера Titan или Атлант с диаметром цементного камня 150 мм в глинах составляет 30 кН согласно расчетам по DIN 1054-2005, а согласно полевым испытаниям, проводимыми авторами, от 35 кН до 40 кН [1, 2].
При этом один 1 п. м армирующей трубы диаметром 89 мм имеет площадь контакта с цементом 0,28 м2. При
Рис. 4. Испытательная установка на выдавливание трубы из цемента
/,44
6,15
_ 1,93
0,96 0,99 1,33
■ ■ ■ ■ I I I
0,5/1/0,1 0,4/1/0 0,5/1/1 0,5/1/0,1 0,5/1/0,1 0,5/1/0,1 0,5/1/0,1
Окрашенная Гладкая Гладкая Гладкая Корродиро- С арматурой Винтовая
ванная
В/Ц/П соотношение цементного раствора и состояние поверхности армирующей трубы
Рис. 5. Прочность контакта армирующего элемета с цементным камнем
38
4'2011
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Подземное строительство
Рис. 6. Характер разрушения контакта об- Рис. 7. Характер разрушения образца с ар- Рис. 8. Характер разрушения контакта разца с гладкой трубой матурными элементами винтовой тяги
прочности контакта корродированной трубы с цементом 1,98 МПа труба выдержит нагрузку 553 кН, что в 18 раз превышает расчетную нагрузку на анкер. Армирование новой трубой даст превышение прочности контакта с цементом почти в 10 раз в сравнении с несущей способностью анкера по грунту. В этих расчетах не принимается во внимание наличие муфт, соединяющих штанги и выступающих за диаметр труб, которые дают дополнительное «зацепление» с цементным телом анкера.
Таким образом, установлено, что винтовая накатанная поверхность трубчатых штанг дает наибольшую несущую способность контакта в сравнении с гладкими штангами «Атлант». Накатка существенно удорожает стоимость анкерных штанг.
Использование вторичных труб в качестве армирующих элементов свай или грунтовых анкеров при устройстве только временных конструкций снижает затраты на металл приблизительно в два раза.
Список литературы:
1. Малинин А.Г., Малинин Д.А. Анкерные сваи «Атлант»// Жилищное строительство. 2010. № 5. С. 60-62.
2. Малинин А.Г., Малинин Д.А. Технология устройства анкерных свай «Атлант»// Основания, фундаменты и механика грунтов. 2010. № 1. С. 17-20.
3. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. М.: Строй-издат, 2009.
19-21 мая 2011 г.
СОЧИ, Южный Мол, площадь Мореного порта
III СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА
VI СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА
СПОРТИВНАЯ
ИНДУСТРИЯ
