Цена, р./шт.

без НДС

Литой наконечник

Литой наконечник

8

Литой наконечник

НЛ(Л) 530, dлоп.=700мм., h=500мм.

НЛ(М) 325, dлоп.=480мм., h=500мм. 

НС(К) 159х8мм., ст20, с фаской.

Сварной наконечник

лопастной

НС(Л) 76х3,5мм., Лопасть 200мм.

Сварной наконечник

лопастной

НС(Л) 89х3,5мм., Лопасть 250мм.

НС(К) 89х4х270мм., ст10-20

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬНЫЕ СВАИ ДЛЯ ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ — ОБЗОР

2.1 Определение и обзор

Модель сваи — это калиброванный инструмент, оснащенный приборами, способными отслеживать взаимодействие сваи с грунтом на протяжении истории сваи. Мониторинг включает установку, снижение порового давления в сочетании с уплотнением и выравниванием давления грунта и, в конечном итоге, поведение сваи под нагрузкой вплоть до разрушения.

Модель установки свай и взаимодействие грунта и конструкции имитируют реальные полевые условия полномасштабных свай лучше, чем любые другие возможные лабораторные или натурные испытания.Таким образом, полученная информация может использоваться напрямую (например, трение о поверхности) или экстраполироваться (например, время рассеяния порового давления) для прогнозирования реакции грунта во время полномасштабной установки сваи.

используются несколько электронных датчиков, включая, помимо прочего, датчики нагрузки, датчики давления, датчики полного напряжения, акселерометры и датчики смещения. Эти датчики могут измерять напряжения в сваях, поровые давления, радиальные напряжения грунта, ускорения и смещения.Данные, собранные с модельной сваи, можно использовать для определения передачи нагрузки, усилий сваи, значений трения грунта и зависящей от времени способности.

Было разработано ограниченное количество модельных свай, и их использование не является обычным явлением в повседневной практике. Эта точка зрения исключает тест на проникновение конуса (CPT), который частично соответствует концепции «модельной сваи», хотя он был разработан и широко используется для определения параметров грунта и исследования площадки. Доступные модельные сваи имеют разную геометрию и используются для разных целей.Некоторые модельные сваи имитируют сваи с открытым и закрытым концом, изменяя конфигурацию наконечника. Другие модели свай использовались для циклического нагружения, имитируя условия, в которых сваи для морских сооружений находятся под воздействием волн.

Многие технические детали связаны с использованием и реализацией модельных свай. Их установка может варьироваться в зависимости от подъема домкратом и вождения. В то время как домкрат продвигает модельную сваю с постоянной скоростью проникновения (псевдостатической), забивка представляет собой быстрый динамический процесс, аналогичный наиболее распространенной установке полноразмерной сваи.Однако средняя частота в обоих случаях может быть очень похожей (Paikowsky et al., 1989). Буровые штанги обычно используются для продвижения модельной сваи. Их ограниченная длина требует частого прерывания процесса установки. Эта компоновка отличается от обычной установки свай двумя способами: (1) она влияет на процесс рассеивания порового давления и (2) на распространение волны напряжения во время забивки влияют соединения буровых штанг и переменные поперечные сечения.

Измерения порового давления воды являются важным аспектом модельных свай, особенно если теория эффективных напряжений используется в качестве основы для модели сваи / грунта.Пористые камни используются для отделения воды, контактирующей с датчиком давления, от почвы и поддержания насыщения перед установкой. Для точной регистрации порового давления геометрия пористых камней должна соответствовать модели ствола сваи, а пористый каменный материал должен обеспечивать быстрое время отклика датчиков давления. Проницаемость пористого камня должна быть правильно сбалансирована между очень высокой проницаемостью, которая обеспечивает быстрое время отклика, и низкой проницаемостью для поддержания насыщения, когда модельная свая подвергается воздействию воздуха и / или продвигается через ненасыщенный грунт.Пористые камни и измерительную систему необходимо должным образом удалить воздух, поскольку воздух может заполнить некоторые пустоты, что приведет к снижению проницаемости и более медленному времени отклика. Кроме того, воздух может проникать в воздуховоды, соединяющие датчики давления, и тем самым влиять на точность измерения.

В следующих разделах рассматриваются модели свай, которые были разработаны ранее. Эти модельные сваи были разработаны для использования в полевых условиях и для тестирования взаимодействия сваи с грунтом на месте.Существуют и другие типы свайных моделей (обычно небольших размеров), которые используются в лабораторных камерах давления 1 г и при испытаниях на центрифугах (Куруп, 1993). Эти модельные сваи не обсуждаются в этой главе, поскольку их размер, тип оборудования и условия испытаний существенно отличаются от свай полевой модели. В таблице 1 представлена ​​сводка рассмотренных модельных свай после литературного поиска, выполненного Питером Дж. Коннорсом, представленного Равиндрой Минампати в его магистерской диссертации (Mynampaty, 1993).Таблица была дополнена дополнительной литературой и характеристиками модельной сваи, разработанной для текущего исследования и представленной в Главе 3.

2.2 Тест на проникновение конуса (CPT) Модель

Конусный пенетрометр используется для определения типа почвы, стратиграфии и изменчивости более 60 лет. Конусный пенетрометр превратился из первоначального механического конуса в электрический конус и пьезоконус, которые в настоящее время используются для испытаний на месте (см. Рисунок 1).Электрические конусы способны непрерывно контролировать сопротивление наконечника и сопротивление кожи. При оснащении пьезометрическим элементом они могут контролировать поровое давление (DeRuiter, 1982; Schaap and Zuiberg, 1982; и Chen and Mayne, 1994).

Конусный пенетрометр стандартизирован на протяжении многих лет использования. Стандартный метод испытаний ASTM для испытаний грунта на глубокое, квазистатическое, конусное и фрикционное проникновение (ASTM D 3441-86) утверждает, что стандартный конус имеет угол при вершине 60 ° и диаметр основания 35.7 мм (1,406 дюйма), что дает площадь проекции 10 см ² (1,55 дюйма ² ). Стандартная фрикционная втулка имеет тот же диаметр, что и конус, и имеет площадь поверхности 150 см ² (23,2 дюйма ² ). Разработаны нестандартные конусы с площадью проекции от 5 до 15 см. ² , а также фрикционные втулки разного размера.

Аппаратура пенетрометра состоит из одного или нескольких датчиков осевой нагрузки и, часто, датчиков порового давления.Все конические пенетрометры имеют датчик веса для измерения сопротивления на наконечнике, в то время как новые версии, которые могут измерять поверхностное трение, имеют дополнительное измерение нагрузки. Распространенным методом измерения сопротивления кожи является метод вычитания, для которого требуется дополнительный датчик осевой нагрузки, который измеряет комбинированную нагрузку на наконечник и фрикционную втулку. Затем определяют сопротивление кожи путем вычитания сопротивления наконечника, измеренного датчиком осевой нагрузки на наконечнике, из совокупного сопротивления, измеренного датчиком осевой нагрузки, расположенным на валу.Измерения порового давления производятся датчиками давления, установленными в приборе.

Рис. 1. Пенетрометр с двойным пьезофрикционным конусом (De Ruiter, 1982).

Расположение датчика порового давления еще не стандартизировано и часто находится в одном или нескольких из следующих мест: на наконечнике, за наконечником и / или над фрикционной муфтой (рис. 2). Чтобы получить эффективный инструмент для исследования взаимодействия сваи и грунта, необходимо измерить поровое давление на валу, значительно выше фрикционной муфты (Paikowsky et al., 1995). Измерения порового давления в позициях u ₁ и u ₂ полезны при определении стратиграфии почвы. Конусный пенетрометр с измерением порового давления называется пьезоконусным пенетрометром.

Некоторые варианты конуса могут включать другие датчики, такие как всенаправленный инклинометр (устройство измерения наклона), зонд ядерной плотности и акустический зонд. Зонды ядерной плотности способны обнаруживать изменения плотности почвы путем излучения и приема радиоактивных изотопных лучей.Инклинометр может определить, проникает ли конус в вертикальном направлении. Это проверяет глубину модели и полезно для восстановления зондов до того, как они отклонятся слишком далеко от курса.

Рис. 2. Типичные места измерения порового давления для пенетрометров Piezocone.

Система загрузки для пенетрометров часто находится в портативном транспортном средстве, которое может быть балластировано для обеспечения полной реакции при испытании.Система включает в себя гидроцилиндр или гидравлическую зажимную систему для установки модели. Система зажима очень полезна, поскольку позволяет добавлять буровые штанги, не прерывая продвижение модели. Конус продвигается с постоянной скоростью 20 мм / с.

Недостатки, которые могут препятствовать способности конуса имитировать установку сваи: (1) устройство требует использования буровых штанг для продвижения конуса в грунт (эта задержка, вызванная добавлением буровых штанг, позволяет окружающим грунтом сваю для создания и поровое давление для рассеивания), (2) фрикционная втулка находится за наконечником, следовательно, она не соответствует типичным условиям вала, и (3) нестандартное размещение фильтра порового давления вдоль поверхности конус и / или у его основания, где измеренное поровое давление не является репрезентативным для условий ствола сваи.

2.3 Ячейка пьезо-бокового напряжения (PLS)

Пьезо-боковой стресс-элемент (PLS) диаметром 38,4 мм (1,51 дюйма) (см. Рис. 3) был первоначально разработан Wissa et al. (1975). Устройство было представлено в 1978 году для получения важных фундаментальных данных о поведении свай в глине с целью расширения знаний о поведении длинных свай, особенно о компоненте поверхностного трения общей вместимости длинных свай (Azzouz, 1985b; Azzouz and Lutz, 1986; и Azzouz и Моррисон, 1988).Кроме того, устройство можно использовать в качестве исследовательского инструмента для непосредственной оценки сопротивления вала цилиндрических свай (Morrison, 1984). Ячейка PLS успешно использовалась в связных почвах на трех участках Бостон Клей и на глиняных участках Эмпайр, штат Луизиана. На объекте «Империя» можно было провести прямое сравнение с натурными сваями, которые ранее были испытаны на объекте.

Ячейка PLS состоит из трех компонентов, которые обеспечивают одновременное измерение общего бокового напряжения, порового давления и осевой нагрузки на различных этапах срока службы модельной сваи.Измерения общего бокового (горизонтального) напряжения и порового давления используются для определения горизонтального эффективного напряжения, действующего на сваю, что является доминирующим параметром для расчета поверхностного трения при оценке поведения сваи в связных грунтах на основе теории эффективной прочности на сдвиг.

Ячейка бокового напряжения изготовлена ​​из тонкой стальной оболочки, закрывающей тонкую напорную камеру, заполненную водой (рис. 4). Боковое напряжение, испытываемое оболочкой, передается воде в напорной камере, где давление воды измеряется датчиком давления.Идеальная ячейка для измерения бокового напряжения должна иметь бесконечно тонкую, длинную стальную оболочку большого диаметра и небольшое количество воды в камере высокого давления, при этом она нечувствительна к осевой нагрузке. В окончательном дизайне были учтены эти идеи, а также такие практические аспекты, как долговечность и обрабатываемость. Чувствительность ячейки бокового напряжения выражается как отношение внутреннего давления воды к внешнему горизонтальному напряжению. Построенный элемент имеет чувствительность 93,5%, при этом стальная оболочка равна 0.Толщина 038 см (0,015 дюйма), длина 4,70 см (1,85 дюйма), диаметр 3,84 см (1,51 дюйма) и объем напорной камеры 2,13 см ³ (0,13 дюйма ³ ). Номинальный диапазон датчика бокового напряжения составляет от 0 до 689,5 кПа (от 0 до 100 фунтов на квадратный дюйм). Ячейка PLS также включает в себя терморезистор, контролирующий температуру. Это измерение важно для достижения высокой степени точности показаний горизонтального напряжения при использовании очень жестких, чувствительных к температуре устройств, таких как боковая ячейка PLS. Усовершенствование таких устройств может быть произведено при использовании жидкости в напорной камере с коэффициентом расширения, более совместимым со сталью, чем с водой (например, ртуть).

Пористый диск из нержавеющей стали с высоким входом позволяет измерять давление поровой воды с помощью датчика внутреннего давления. Номинальный диапазон датчиков порового давления составляет от 0 до 1379 кПа (от 0 до 200 фунтов на кв. Дюйм). Неправильное удаление воздуха из пористого диска приводит к замедлению реакции системы на внешние изменения давления и является частой причиной неверных данных.

Рис. 3. Ячейка для пьезо-бокового стресса (PLS) (Моррисон, 1984).

Рис. 4. Подробное сечение ячейки пьезо-бокового напряжения (PLS) (Моррисон, 1984).

Датчик нагрузки измеряет осевую нагрузку, необходимую для преодоления сопротивления наконечника и касательных напряжений, действующих на длину вала, ограниченного датчиком нагрузки. На рис. 5 представлена ​​подробная информация о сборке весоизмерительной ячейки. PLS имеет только один осевой датчик нагрузки и использует измерение сопротивления наконечника из дополнительного теста пьезоконуса для определения сопротивления кожи вдоль удлинения наконечника.

PLS толкается с постоянной скоростью 20 мм / с. Подобно пьезоконусу и CPT, данные, собранные с помощью ячейки PLS, могут быть проанализированы для определения стратиграфии почвы. PLS сопоставим по размерам с буровыми штангами AW; следовательно, ячейка может быть продвинута на значительную глубину без необходимости обсадной колонны ствола скважины. Недостатком ячейки PLS является то, что используемые буровые штанги необходимо добавлять с интервалом 1,524 м (5 футов) продвижения. Время, необходимое для добавления нового стержня, позволяет рассеивать избыточное поровое давление, и это необходимо учитывать при анализе данных по поровому давлению.Необходимо проявлять осторожность, чтобы определить первичное или не первичное проникновение. На неосновные записи существенно влияет степень консолидации.

Преимуществом PLS является возможность изменять длину удлинителя наконечника. Длина удлинителя наконечника может быть изменена, чтобы минимизировать влияние наконечника на конкретную почву. Это позволяет более точно измерить сопротивление рукава и позволяет модели имитировать стержень длинной гибкой сваи.

2.4 Модель Гроша и Риза (G&R) свая

Модель сваи Гроша и Риза (G&R) (см. Рис. 6) была разработана в Техасском университете для Американского института нефти. Модель была разработана для понимания механики циклического снижения передачи нагрузки длинных гибких свай, используемых для морских платформ (Grosch and Reese, 1980). Модель представляет собой трубку с закрытым концом диаметром 2,54 см (1,0 дюйма) и длиной 88,9 см (35 дюймов). Куча модели сделана из алюминия 6061 и соединена с 5.Оцинкованная труба диаметром 08 см (2 дюйма) для продвижения инструментария на желаемую глубину испытания.

Модель сваи G&R измеряет передачу нагрузки по сечению 25,4 см (10 дюймов) с помощью четырех тензодатчиков, расположенных в форме моста Уитстона. Эта форма нейтрализует любые изгибающие силы и измеряет только осевую нагрузку. Датчик порового давления был расположен в средней точке секции, которая измеряет передачу нагрузки. КИП проложены через гибкий шланг, в котором давление 82.7 кПа (12 фунтов на кв. Дюйм) азота для предотвращения попадания влаги в систему.

Система была разработана для моделирования циклических нагрузок окружающей среды, часто испытываемых морскими сооружениями. Система загрузки состоит из винтового домкрата с реверсивным двигателем с регулируемой скоростью, соединенного с моделью через 5,08-сантиметровую (2-дюймовую) оцинкованную стальную трубу. Винтовой домкрат позволил моделировать воздействие окружающей среды за счет циклического проникновения в забой неглубокой скважины в мягком, нормально консолидированном глинистом месторождении в Сабине, штат Техас.Модель сваи G&R не требует предварительного бурения, чтобы вставить ее на испытательную глубину. Компактность модели делает устройство относительно мобильным.

Рис. 5. Детали датчика осевой нагрузки в датчике пьезо-бокового напряжения (PLS) (Моррисон, 1984).

Рис. 6. Инструментальная модель сваи Гроша и Риза (G&R) (Grosch and Reese, 1980).

Модель сваи не предназначена для измерения сопротивления наконечника, наблюдаемого сваей.Похоже, что модель G&R будет менее точной, чем другие, из-за ее небольшой площади поверхности, вдоль которой измеряется передача нагрузки, и ее несложных возможностей мониторинга. Другие конструкции свай модели позволяют проводить избыточные измерения сопротивления кожи, в то время как свая модели G&R — нет. Кроме того, буровые штанги, используемые для продвижения модели, несовместимы с ее диаметром. Эта разница в размерах потребовала бы большей силы, чтобы толкнуть модель вниз, силы, отличной от той, которую может испытывать модель.

2,5 Модель сваи Норвежского геотехнического института (NGI)

Норвежский геотехнический институт (NGI) разработал испытательный прибор для исследования воздействия растягивающей нагрузки на свайные анкеры, используемые для морских платформ с натяжными опорами. Модель сваи NGI не может измерять сопротивление наконечника и, следовательно, представляет собой модельные сегменты длинных гибких свай, используемых на практике. Свая диаметром 15,24 см (6 дюймов) имеет длину около 5,0 м (16,4 фута), как показано на Рисунке 7.Модель сваи имеет закрытые концы для моделирования свай большого смещения (Karlsrud and Haugen, 1981, 1985a и 1985b).

Рис. 7. Контрольно-измерительная свая Норвежского геотехнического института (NGI) (по Карлсруд и Хауген, 1985).

Модель сваи состоит из шести групп измерителей пятен из вибрирующей проволоки, распределенных на разных уровнях по длине сваи. Эти тензодатчики используются для определения поверхностного трения, развивающегося вдоль сваи.Эффективные напряжения могут быть рассчитаны в четырех разных точках с использованием измерений ячеек грунтового и порового давления. Датчик смещения и датчик нагрузки расположены на вершине сваи модели. Приборы позволяют измерять эффективные напряжения и сопротивление кожи во время установки и уплотнения сваи.

Модель сваи NGI прошла всесторонние полевые испытания при различных нагрузках в переуплотненной глине на участке в Хаге, недалеко от Осло, Норвегия.Шестнадцать установок модельной сваи были успешно проведены в переуплотненной глине. Сверху была прикреплена дополнительная секция (фиктивная свая) для продвижения модельной сваи на испытательную глубину. Бетонная кольцевая балка диаметром 6,0 м позволила установить несколько свай. Домкрат толкал сваю модели со скоростью от 4 до 15 см / мин в любом месте кольца. Приблизительно 30 кН (3,37 т) потребовалось усилие, чтобы продвинуть модельную сваю NGI на 5 м в переуплотненную глину. После установки можно проводить испытания статической, быстрой и циклической нагрузки с помощью погрузочной установки, которая перемещается вокруг кольцевой балки, используемой для установок.

Недостатком ворса модели NGI по сравнению с другими аналогичными моделями является большой диаметр и длина. В результате модель сваи и ее установки для установки и погрузки не могут быть легко транспортированы, что делает ее неприемлемой в качестве стандартного устройства для многократного развертывания на месте.

2.6 X-Probe и 3-дюймовая модель сваи

Корпорация Earth Technology Corporation разработала два инструмента для испытаний на месте (зонд 7,62 см (3,0 дюйма) и X-зонд), чтобы улучшить понимание осевого поведения передачи нагрузки грунта / сваи для длинных гибких свай морских платформ (Bogard et al., 1985; и Богард и Мэтлок, 1990a, 1990b и 1990c). Оба инструмента имитируют короткий сегмент сваи и обеспечивают прямое измерение передачи нагрузки вдоль сегмента сваи. Модель сваи 7,62 см (3,0 дюйма) (см. Рис. 8) успешно забита и домкрата в различные типы грунта. Инструмент сегмента сваи модели X-probe был разработан и изготовлен для использования в более рутинных исследованиях площадки. К сожалению, X-зонд (см. Рисунок 9) не оказался достаточно прочным для повторных испытаний.

Модель сваи 7,62 см (3 дюйма) представляет собой устройство для испытаний на месте с размерами 7,62 см (3 дюйма) в диаметре и общей длиной инструмента примерно 4,9 м (16 футов). Для моделирования сваи с открытым концом можно использовать различные режущие башмаки с любой толщиной стенки или можно использовать конфигурацию с закрытым концом. Глубина испытаний составила 75 м (250 футов), при этом инструмент с N-образными стержнями продвигался на желаемую глубину. Модель сваи 7,62 см (3 дюйма) оснащена двумя датчиками веса, которые используются для расчета передачи сдвига по сечению сваи.Тензодатчики (рис. 10) устанавливаются в формации моста Уитстона для измерения только осевых нагрузок. На рисунке 10 крышка весоизмерительной ячейки скользит по приборной части весоизмерительной ячейки для защиты тензодатчиков и предотвращения проникновения почвы и влаги. Также в датчике нагрузки установлены два акселерометра (Рисунок 10). На рисунке 11 датчик полного давления и датчик порового давления расположены между двумя датчиками веса, которые обеспечивают непрерывные измерения эффективных напряжений в том месте, где измеряется передача нагрузки.Преобразователь линейного переменного смещения постоянного тока (DC-LVDT) используется для измерения локального смещения между режущим башмаком и частью сваи с инструментами. Во время испытаний на растяжение и сжимающую нагрузку режущий башмак действует как якорь, что позволяет проводить точные измерения смещения.

Рис. 8 Инструментальная свая диаметром 7,62 см (3,0 дюйма) (Bogard and Matlock, 1985).

Рис. 9. X-Probe (Богард и Мэтлок, 1985).

X-зонд диаметром 4,37 см (1,72 дюйма) и длиной 143,5 см (56,5 дюйма) был разработан и изготовлен для использования при рутинных исследованиях на месте. X-зонд имитирует забитую сваю и имеет приборы, позволяющие измерять взаимодействие сваи с грунтом. В свае есть датчик нагрузки, который измеряет передачу сдвига по площади вала 200 см ² (31 дюйм ² ). Под датчиком нагрузки находятся датчик полного бокового давления и датчик порового давления, которые измеряют эффективные напряжения на всех этапах истории сваи.Кончик сваи имеет конус, геометрия которого аналогична конусу пенетрометра. Кончик наконечника действует как опорный якорь для измерения локального смещения датчиком смещения. Основным преимуществом модели является ее совместимость со стандартным CPT и, следовательно, ее можно использовать с обычным конусным пенетрометром. Однако X-зонд не может измерять реакцию наконечника.

Модели прошли всесторонние испытания на шести береговых площадках вдоль побережья U.Южное побережье Мексиканского залива, западное побережье и Канада; участок на шельфе Луизианы со стационарной платформы; и в лаборатории в барабане с грунтом под давлением. Типы почвы в этих местах состоят из жесткой илистой глины, ила, мягкой глины, переуплотненной глины Бомонта и известковой почвы. На некоторых участках были также проведены натурные испытания статической нагрузки сваи, что позволяет сравнить осевое поведение между результатами натурных испытаний свайной нагрузки и результатами инструмента для моделирования сегмента сваи.

Рисунок 10.Подробная информация о 7,62-сантиметровых (3-дюймовых) датчиках осевой нагрузки свайного типа (после номера патента 5,259,240).

Модельные сваи забиваются или толкаются с помощью N-стержней для продвижения сваи на желаемую глубину. Контрольно-измерительные приборы контролируются во время установки и в течение всего испытания. По завершении монтажа и консолидации были проведены различные нагрузочные испытания. Эти испытания под нагрузкой включали статическое монотонное, одностороннее циклическое (только сжатие или растяжение) с или без смещения нагрузки и двухстороннее циклическое нагружение при растяжении и сжатии.Система загрузки состояла из гидроцилиндра с ходом 30,48 см (12 дюймов), который мог прикладывать к моделям нагрузку растяжения или сжатия. Винтовые анкеры используются в качестве реакции на сжимающие нагрузки, когда испытания проводились на берегу.

Рис. 11. Подробная информация о приборах для измерения давления в сваях модели 7,62 см (3 дюйма) (после номера патента 5,259,240).

2.7 Куча моделей in situ (IMP)

IMP или модель сваи на месте (см. Рис. 12) была разработана в Оксфордском университете (Coop and Wroth, 1989; и Lehane, 1992) для изучения фундаментального поведения свай в глине.И жесткие переуплотненные, и нормально консолидированные эстуарные глины были успешно испытаны. Модель имеет диаметр 80 мм (3,15 дюйма) и длину 1135 мм (44,7 дюйма). Модель сваи состоит из двух концентрических цилиндров, прикрепленных к общей головке сваи, причем внутренний цилиндр жестко соединен с узлом наконечника, а внешний латунный цилиндр состоит из комбинации сменных секций с инструментами. Жесткое соединение позволяет более точно измерять трение вала. Концевые опорные усилия передаются непосредственно на головку сваи через внутренний цилиндр и не измеряются.

IMP имеет две группы приборов, каждая из которых имеет два датчика порового давления, два датчика радиального напряжения и датчик нагрузки. Есть дополнительный датчик порового давления, расположенный на вершине сваи, и третий датчик нагрузки, расположенный в переднем кластере. На рисунке 12 представлено расположение датчиков, а также схемы двух типов датчиков порового давления и датчика радиального напряжения. Полупроводниковый преобразователь Druck — это фирменный датчик давления, который был установлен в IMP, в то время как тензометрическая диафрагма была сконструирована специально для IMP.Три тензодатчика измеряют осевую нагрузку, что позволяет рассчитать поверхностное трение как разницу в осевой нагрузке между любыми двумя весоизмерительными датчиками. В каждой секции с инструментами два датчика полного радиального напряжения и порового давления были установлены напротив друг друга для проверки изменений напряжений вокруг вала IMP.

Рис. 12. Конфигурация и оборудование сваи модели in situ (IMP) (по Lehane, 1992).

Плунжер, который можно удерживать в нужном положении или позволять перемещаться, расположен внутри внутреннего цилиндра.Это облегчает установку как с закрытым, так и с открытым концом. Система домкратов для IMP состоит из гидравлической подъемной установки, приводимой в действие переносным бензиновым двигателем. Реакция системы обеспечивается шнековыми пикетами. Из-за размера системы загрузки буровые штанги NWY используются для продвижения модели в почву. Стержни NWY имеют меньший диаметр, чем у модельной сваи. Никакой нагрузки из-за трения по сторонам стержней не возникает, и поэтому требуется меньшее усилие для продвижения модельной сваи в грунт.

IMP успешно используется на различных объектах в Англии. Четыре участка, расположенные в Мэдингли, включают два участка с обычно консолидированными эстуарными глинами и два с сильно переуплотненными глинами. Еще один участок в Хантспилле содержал мягкую илистую, обычно плотную глину. Большинство экспериментов проводились с закрытым концом, длина хода домкрата составляла приблизительно 350 мм (13,78 дюйма) при скорости подъема домкрата 230 мм / мин (9,06 дюйма / мин). В ходе нескольких испытаний продвижение модельной сваи было остановлено для измерения рассеяния порового давления и проведения испытаний на недренированную нагрузку.

Вся система, включая модельную сваю и систему контроля и подъема, является автономной и облегчает транспортировку на типичном внедорожнике, позволяя устанавливать ее в труднодоступных местах только с экипажем из двух человек.

2.8 The Imperial College Pile (ICP)

Инструментальная модельная свая Имперского колледжа (см. Рисунок 13) представляет собой стальную модельную сваю с закрытым концом, предназначенную для исследования следующего (Bond and Jardine, 1995; Bond et al., 1991; Бонд и Джардин, 1991; Jardine et al., 1992; и Lehane and Jardine, 1994):

• Эффективные напряжения, действующие на границе сваи / грунта в течение трех основных этапов истории сваи.
• Разница между растягивающей и сжимающей нагрузкой.
• Влияние состояния торцов сваи.
• Эффект изменения направления нагружения.
• Изменение грузоподъемности при первой загрузке со временем.
• Влияние переменных периодов выравнивания.
• Влияние скорости подъема установки.
• Значение домкратов по сравнению с забиванием свай.

Изучая вышеупомянутые эффекты, цель испытаний модели свай ICP состоит в том, чтобы разработать теорию, объясняющую поведение вытесняющих свай, основанное на эффективных напряжениях.

Модель сваи имеет диаметр 10,2 см (4,02 дюйма) и длину 7 м (22,97 фута) с твердым конусом 60 ° на конце сваи. В модельной свае есть три группы датчиков, расположенных на расстоянии 1 м друг от друга.Каждый кластер (см. Рис. 14) содержит высокопроизводительный датчик осевой нагрузки, датчик поверхностного напряжения (SST), блок порового давления и датчик температуры внутри датчика напряжения. Кроме того, три датчика смещения и еще один датчик осевой нагрузки размещаются в верхней части модельной сваи во время испытаний. Датчик веса вверху проверяет измерения SST. SST (Рисунок 15) могут измерять радиальное общее напряжение и напряжение сдвига, действующие на сваю. Для осевой деформации стенки 0.2%, радиальная и касательная способность SST составляет 870 кПа (126,2 фунта на квадратный дюйм) и 262 кПа (38,0 фунта на квадратный дюйм) соответственно. Блок порового давления состоит из двух быстродействующих датчиков порового давления, которые позволяют моделирующей свае контролировать поровое давление и рассчитывать эффективные напряжения. Датчик температуры, расположенный в каждой SST, необходим для достижения необходимой точности измерения радиального напряжения, действующего на сваю. Осевой датчик нагрузки большой емкости (рис. 16), расположенный в каждом кластере, состоит из короткой тонкостенной секции, в которой тензодатчики установлены в мосту Пуассона для измерения осевых нагрузок, действующих на сваю.Эта тонкостенная секция спроектирована так, что она будет деформироваться, а не коробиться, а при осевой деформации 0,2% номинальная нагрузка составляет 209 кН (23,5 тонны).

Рис. 13. Инструментальная модель сваи Имперского колледжа (Bond and Jardine, 1991).

Рис. 14. Типовая модель кластера свайных приборов Имперского колледжа (Бонд и др., 1991).

Рис. 15. Датчик поверхностного напряжения (Bond et al., 1991).

Модель сваи ICP использовалась в различных типах почв, в том числе в сильно переуплотненных лондонских глинах, песке средней плотности, жесткой ледниковой тилле и чувствительных мягких глинах. Некоторые из протестированных участков включали мягкую, чувствительную морскую глину в Боткеннаре, Шотландия; сильно переуплотненная лондонская глина в Кэннонс-парке на севере Лондона; и песчаные дюны округлой формы в Лабенне, Франция. Доказано, что модель дает очень согласованные и повторяемые данные для всех типов почвы, которые были протестированы.Процедура испытания модели заключалась в том, что модель проходила домкратом через обсаженную скважину за серию толчков, приблизительно 226 мм, с переменной скоростью проходки. При сбросе домкрата были короткие паузы. Сваи не забивались домкратами, чтобы не повредить оборудование.

Основным преимуществом модели Imperial является включение дублирующих датчиков на каждой приборной панели для обеспечения избыточности измерений.