CC BY
45
УДК 531.7 Д.Л. Нерадовский
Нерадовский Денис Леонидович родился в 1979 г., окончил в 2002 г. Архангельский государственный технический университет, аспирант кафедры теоретической механики АГТУ. Область научных интересов - строительство и реконструкция зданий.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ СВАЙ В ПОЛИГОННЫХ УСЛОВИЯХ
Разработана методика определения ударным методом длины свай, заглубленных в грунт.
Ключевые слова: свая, методика, оборудование, результаты.
При проведении работ по реконструкции и ремонту зданий и сооружений обычно требуется знать величину заглубления свай в грунт основания. Ввиду давности постройки многих зданий необходимые данные проектной документации обычно оказываются утраченными. При проведении ремонта отдельных зданий, в частности для определения несущей способности свайного основания, их требуется восстановить.
Цель статьи - экспериментальное определение длины свай с помощью движущейся звуковой волны для расчета их несущей способности.
Экспериментальная работа выполнена в полигонных условиях на базе Кузнечевского комбината строительных конструкций и материалов (КСКМ), где были уложены штабеля свай. Рассмотрим общий случай определения скорости перемещения звуковой волны по свае, заглубленной в грунт (рис. 1). По верхнему торцу сечения сваи А—А производят удар, например молотом. Звуковая волна удара распространяется по длине сваи, достигает нижнего торца (сечение В—В), отражается от него и перемещается вверх.
Согласно работе [1] скорость распространения волны удара можно найти по формуле
Е (1)
где Е - модуль упругости материала сваи, Па; р - плотность материала сваи, кг/м1.
По данным, полученным на Кузнечевском КСКМ, для железобетонных свай Е = 3,53 • 101" Па; р = 2520 кг/м3.
На расстоянии l1 от верхнего торца сваи установлен микрофон. Он регистрирует звуковые волны
щий случай
Направление будара
с = —
удара в начальный момент t1 (после удара) и после отражения их при обратном ходе t2. Звук удара, регистрируемый микрофоном, записывают на портативном компьютере Notebook в виде графика колебаний.Часть такой записи представлена на рис.2.
Рис. 2. График колебаний Время движения звука на участке 2МВ находим по формуле
(2)
где t1, t2 - время начала и конца движения, с; р - число пиков в интервале, шт. Скорость распространения звуковой волны в материале сваи (м/с) находят по формуле [2]
2/
с = 77- (3)
At
Полная длина сваи
L = 1 + 1Х. (4)
Эта методика опробована в полигонных условиях, где на площадке уложены штабеля свай. Сначала с помощью рулетки измеряли длину L каждой сваи и определяли l1 и l. Затем каждую сваю нагружали ударной силой в одном из торцов (рис. 3). Анализ полученных звуковых волн произведен с помощью программного обеспечения: Sound Forge 5.0, WaveLab 4.0.
Определяли интервал между пиками звуковых волн. Для повышения точности результатов рассматривали интервалы с несколькими пиками и определяли среднее время движения звуковой волны А/ по формуле (3). Полученные данные сведены в таблицу.
Статистический анализ материалов эксперимента производим с применением Microsoft Excel [3]. Здесь находим: среднее значение скорости звука в свае
Ус
с = —— = 3954,5 м/с, п
где с - скорость звука в одной из свай, м/с;
п - общее число свай, шт.;
дисперсию генеральной совокупности
Е2
а2 =-
=71224,4 (м/с)2.
Рис. 3. Схема опыта
2
п
Экспериментальные данные
№ сваи 1, м к, м Ь, м Время первой точки интервала с Время второй точки интервала с Количество пиков р, шт. Интервал времени М, с Скорость звука, м/с
1 14,35 0,64 13,71 3,492125 3,523375 5 0,006250 4387
2 14,35 0,64 13,71 3,354467 3,382857 5 0,005678 4829
3 14,35 0,64 13,71 5,679342 5,685828 1 0,006486 4228
4 14,35 0,64 13,71 3,303375 3,324375 3 0,007000 3917
5 14,35 0,64 13,71 3,255646 3,262562 1 0,006916 3965
6 12,3 0,56 11,74 3,663084 3,681542 3 0,006153 3816
7 12,3 0,56 11,74 4,687664 4,711764 4 0,006025 3897
8 12,3 0,56 11,74 3,819705 3,831474 2 0,005885 3990
9 12,3 0,56 11,74 3,518345 3,559615 7 0,005896 3983
10 12,3 0,56 11,74 1,781293 1,798435 3 0,005714 4109
11 12,3 0,56 11,74 3,684263 3,711701 4 0,006860 3423
12 12,3 0,56 11,74 6,405079 6,423356 3 0,006092 3854
13 12,3 0,56 11,74 3,259546 3,277347 3 0,005934 3957
14 12,3 0,56 11,74 2,792354 2,815896 4 0,005885 3989
15 12,3 0,56 11,74 6,29678 6,331293 5 0,006903 3402
16 12,3 0,56 11,74 3,768844 3,786848 3 0,006001 3912
17 12,3 0,56 11,74 5,11322 5,138413 4 0,006298 3728
18 12,3 0,56 11,74 4,126281 4,138345 2 0,006032 3893
19 12,3 0,56 11,74 7,108617 7,12102 2 0,006201 3786
20 12,3 0,56 11,74 4,163356 4,181406 3 0,006017 3902
21 7,95 0,5 7,45 5,297771 5,308696 3 0,003642 4092
22 7,95 0,5 7,45 2,497561 2,509023 3 0,003821 3900
23 7,95 0,5 7,45 5,10322 5,110522 2 0,003651 4081
24 7,95 0,5 7,45 3,663084 3,678084 4 0,003750 3973
25 7,95 0,5 7,45 1,781293 1,798293 4 0,004250 3506
26 7,95 0,5 7,45 3,255646 3,270946 4 0,003825 3895
27 7,95 0,5 7,45 2,491125 2,502125 3 0,003667 4064
28 7,95 0,5 7,45 7,118617 7,129017 3 0,003467 4298
29 7,95 0,5 7,45 2,364457 2,375251 3 0,003598 4141
30 7,95 0,5 7,45 2,456153 2,46762 3 0,003822 3898
31 7,95 0,5 7,45 3,259741 3,279486 5 0,003949 3773
Далее найдем сопутствующие величины: медиана Ме = 3917,1;
стандартное отклонение <г = л/о2 = 266,88 м/с;
доверительный интервал Ах при уровне значимости а = 0,05,
Дх = г1
где t - квантиль нормального распределения, для а = 0,05 (= 1,96 [3].
(
Тогда Аг = 1,96
266,88 7зГ
л
= 93,95 м/с.
В этом случае с вероятностью 95 % среднее значение скорости звука для генеральной совокупности находится в интервале 3954,5 ± 93,95 м/с.
Коэффициент вариации V = — = 0,07.
с
Проверка в полигонных условиях показала, что предложенная методика имеет достаточно высокую точность и может быть рекомендована к использованию на производстве. Для определения длины свай оборудуют место замеров необходимыми приборами; прикладывают к верхнему торцу сваи ударную нагрузку; замеряют время tiiitn и вычисляют А/: по формуле (3) находят заглубленную длину сваи l; вычисляют полную длину сваи L = l + h.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Расчет на прочность в машиностроении / С.Д. Пономарев, В.Л. Бигерман, К.К. Лихачев [и др.]. - М.: Гос. науч.-техн. изд. машиностроительной литературы, 1959. - 1120 с.
2. Морозов С.И. Удар двух тел: методические указания по решению задач /
C.И. Морозов. - Архангельск: РИО АГТУ, 1996. - 56 с.
3. Теория вероятностей и математическая статистика в примерах и задачах с применением Exœl / Г.В. Горелова, И.А. Кацко. - Ростов н/Д: Феникс, 2001. -400 с.
Архангельский государственный технический университет
Поступила 11.10.04
D.L. Neradovsky
Technique of Determining Pile Length in Test Ground Conditions
Technique of determining the pile length buried in ground by stroke method is developed.
