Для проведения испытаний анкеров могут быть применены различные типы установок.
Для проведения испытаний винтовых свай и анкеров длительное время использовалась установка сборно-разборной конструкции (рис.2; рис.4). Установка рассчитана на проведение испытаний свай и анкеров на сжимающую и выдергивающую нагрузки величиной 50 тс (ригеля установки рассчитаны на восприятие нагрузки в 100 тс). При разработке конструкции установки предусматривалась возможность проведения не менее трех-четырех испытаний свай на каждой опытной площадке. Поэтому установка выполнена сборно-разборной с целью ее многократного монтажа и демонтажа и перевозки обычными транспортными средствами. Для проведения испытаний только на выдергивающие нагрузки удобна испытательная установка в виде криволинейной балки с опорными плитами.
Находят применение при испытании винтовых анкеров и передвижные установки (Рис.3). Испытания винтовых свай и анкеров производились как в обычных талых грунтах, так и в твердомерзлых. В обычных талых грунтах испытания производились в основаниях трех типов: глинистом, песчаном и галечном. Опытные площадки были выбраны на участках с наиболее неблагоприятными грунтовыми условиями. Испытания свай предусматривалось проводить вертикально приложенной статической и циклической нагрузкой на сжатие и выдергивание. Цель этих испытаний — определение несущей способности винтовых свай в зависимости от их размеров и характера загружения, а также от грунтовых условий (глинистые, песчаные, крупнообломочные грунты). Одновременно с этим выявляется характер изменения деформаций грунта под воздействием возрастающей ступенями статической нагрузки. В задачу испытаний входит проверка работы конструкции винтовой лопасти при различных ее параметрах.
Несущая способность сваи определяется предельным сопротивлением грунта действию сжимающей или выдергивающей нагрузки.
Такое состояние фунта характеризуется значительным возрастанием деформаций при сравнительно малом увеличении нагрузки.
Для исследования несущей способности винтовых свай, работающих на сжимающую и выдергивающую нагрузки, было проведено более 50 опытов с различными грунтовыми условиями на опытных площадках, а также реках Аму-Дарья, Охта, Днестр, Теша, Ге-ге, Кубань и др. Кроме того, были проведены испытания свай на горизонтальную нагрузку и вертикальную циклическую нагрузку, на сжимающую и выдергивающую нагрузки. Загружение свай осуществлялось на специальной установке, с помощью 100-тонного гидравлического домкрата. Постоянство давления в процессе каждого опыта обеспечивалось подкачкой масла в домкрат, по мере необходимости, ручным насосом. Гидравлическое давление, передающееся на сваю, фиксировал ось манометром. Пересчет нагрузки в тоннах, в зависимости от величины гидравлического давления, производился по переходной таблице для установленного гидравлического домкрата. Наблюдения за вертикальными деформациями грунта при испытании свай велись с помощью прогибомеров Максимова, установленных на реперных установках. Для обеспечения центрального приложения нагрузки завинчивание испытуемых свай производилось в строго вертикальном положении. Кроме того, при испытании свай на сжимающую нагрузку необходимая соосность сваи и домкрата достигалась с помощью регулировочных винтов специального патрона, надеваемого на «голову» сваи. Испытание одной и той же сваи производилось, как правило, на два вида приложения нагрузок — на сжатие и на выдергивание.
Испытания на выдергивание
Целью испытания свай на выдергивающую нагрузку являлось: а) определение несущей способности винтовых свай в зависимости от их размеров и типа грунтов основания; б) выявление характера деформаций грунта при заложении лопасти выше и ниже критической глубины. Под критической глубиной принимается такая глубина погружения сваи, выше которой при предельной выдергивающей нагрузке на лопасть происходит выпирание грунта на поверхность, а ниже — его прорезание. До того, как происходит прорезание в прилегающем к лопасти грунте, возникает состояние предельного равновесия, которое достигается без значительных деформаций и без появления трещин в грунте. В зависимости от глубины завинчивания и диаметра лопасти введены понятия сваи (анкера) мелкого и глубокого заложения.
Испытания винтовых свай на выдергивание проводились в глинистых, песчаных и гравийно-галечных грунтах. Испытывались сваи с диаметрами лопастей 600 и 800 мм, погруженные в грунт на сравнительно небольшую глубину — от 1.5 до 3,5м. Выдергивающая нагрузка прикладывалась ступенями. При этом давалась выдержка времени на каждую ступень, до стабилизации перемещения (т, е- прекращения выхода) сваи. Ступени нагрузок при загружении свай, в зависимости от расчетнй критической выдергивающей нагрузки, составляли от 1.0 до 2.0 тс. Нагрузки на сваи доводились до таких критических значений, при которых перемещения (выход) свай продолжались без увеличения нагрузки, в большинстве случаев выдергивание свай продолжалось, даже когда нагрузка уменьшалась, что сопровождалось выпиранием грунта.
Анализируя результаты испытаний винтовых свай на выдергивающую нагрузку, можно сделать следующие выводы: Винтовые сваи могут выдержать значительно большие горизонтальные усилия, чем обычные сваи. 1.Характер работы винтовых свай на выдергивание зависит от относительной глубины заложения лопасти Н: D и фунтовых условий. Наибольшей несущей способностью обладают сваи, погруженные в глинистые водонасыщенные грунты. 2.Несущая способность винтовых свай зависит от диаметра лопасти. Наиболее оптимальная величина диаметра лопасти 600-850 мм; шаг — 200-250 мм.
Кроме статических испытаний сваи на выдергивание проводились и циклические испытания. Из графика испытания сваи можно выделить два этапа. В глинистых и гравийно-гапечных грунтах при приложении выдергивающей нагрузки наблюдаются два вида работы винтовых лопастей в зависимости от так называемой критической глубины погружения. Первый вид— работа мелко заложенной лопасти с образованием призмы выпирания (рис. 5), которая начинается от краев лопасти и кончается на поверхности грунта. Второй вид — работа глубоко заложенной лопасти с образованием напряженных зон, замыкающихся внутри грунта без образования призм выпирания. Первый этап — когда наблюдается прямая пропорциональность выхода сваи от выдергивающего усилия ?=f(Р) — линия, близкая к прямой. Второй этап —характеризуется нарушением прямой пропорциональности зависимости ?=f(Р) и возрастанием выдергивающего усилия до максимального (критического) значения.
Испытания на сжатие
Испытывались сваи различных диаметров: — узколопастные диаметром 280,300,480 мм; — широколопастные диаметром 500,600,700, 800,850 И 1000 мм. Кроме испытаний свай на статическую нагрузку, было проведено несколько испытаний на сжимающую многократно повторяющуюся (циклическую) нагрузку Одно из этих испытаний испытывалась винтовая свая с диаметром лопастей 600 мм, завинченная в глинистый грунт на глубину 3.5 м. Нагружение сваи производилось при 80-кратном повторении нагрузки.
Анализируя результаты испытаний винтовых свай на сжимающую нагрузку, можно сделать следующие выводы: 1. Несущая способность водонасыщенных гравийно-галечных и песчаных грунтов в 1.5-2 раза выше глинистых. 2. С увеличением глубины заложения в грунт лопасти одного и того же диаметра предельная нагрузка значительно возрастает. 3. Предварительное обжатие грунта винтовой сваей вызывает уплотнение ее основания, в результате чего несущая способность сваи повышается. 4. Циклическая сжимающая нагрузка, равная 0,8-0.9 Ркр, вызывает дополнительную осадку сваи. Наиболее устойчивыми основаниями, воспринимающими эту нагрузку, являются основания из гравийно-галечных и песчаных грунтов.
В глинистых и песчаных грунтах сжимающие предельные нагрузки на сваи, как правило, в 1.2-2.5 раза превышают критические выдергивающие нагрузки. Для гравийно-галечных грунтов сжимающие нагрузки в 3-3,5 раза превышают выдергивающие. Наименьшие деформации при работе свай как на сжимающие, так и на выдергивающие нагрузки наблюдаются в крупнообломочных грунтах, а наибольшие - в глинистых.
Г. Маркировка, установка, транспортировка и хранение
Маркировка должна быть прочно нанесена на анкерах: несущая способность, тип, изготовитель. Маркировка наносится на винт и содержит маркировку винтового анкерного устройства. Маркировка наносится белой несмываемой краской. Пример условного обозначения анкерного устройства: устройство анкерное ВАУ-500-L-530 ТУ 5270-052-98799549-09, где 500-диаметр винта, L-длина ствола анкерного устройства, 530-диаметр газопровода.
Класс огнестойкости для анкеров указывается следующим образом, например: F 90.
Работы по сборке и сварке винтовых анкеров с анкерными тягами выполняются в соответствии со схемой в следующей технологической последовательности:
- доставка и укладка винтовых анкеров и анкерных тяг на стеллаж;
- соединение анкера с анкерной тягой при помощи резьбы;
- обварка анкерной тяги в месте соединения с анкером;
- зачистка места сварки, грунтовка и изоляция;
- относка и укладка анкерного устройства в штабель готовой продукции.
Устройство анкерное поставляется в разобранном виде, комплект поставки состоит из:
- анкера винтового (ТУ 5270-051-98799549-07), шт. – 2;
- силового соединительного пояса, (пояс мягкий силовой МПС), (ТУ 3663-002-95917936-2007), шт. -1;
- тяги анкерной, шт. -2;
- Болт М18Ч150 (ГОСТ 15589), шт.- 2;
- Гайка М18 (ГОСТ 5915), шт.-2;
- Талреп (ГОСТ 24.125.105-01), шт.-2.
Работы по устройству винтовых анкерных устройств необходимо выполнять в соответствии с требованиями:
- проекта производства работ, утвержденного в установленном порядке;
- раздела 5 «Техника безопасности» СП 107-34-96;
- раздела 7 «Техника безопасности» ВСН 39-1.9-003-98;
- СНиП III-42-80 «Магистральные трубопроводы», издание 1997г. С изменениями 1,2,3,4.