Испытания свай
В соответствии с действующей в нашей стране нормативно-технической документацией, а также со сложившейся практикой, перед началом массовой забивки свай, проводится пробная забивка и испытания. Дело в том, что план свайного поля, входящий в комплект необходимой для нашей работы документации является результатом расчетов, полученных на основе данных о нагрузках с одной стороны и данных о геологическом строении грунтов площадки с другой стороны. И если с первым все понятно, то отчет об инженерно-геологических изысканиях далеко не всегда реально отражает существующую картину. Дело может быть и в халтурной работе геологов и в погрешности опытов лаборатории грунтов. Именно поэтому, для уточнения необходимой длины свай и проводят испытания. На нашем опыте были случаи, когда длину свай увеличивали в 2 раза, а были и обратные ситуации – по результатам испытаний сваи отменяли вообще в связи с тем, что грунты достаточно плотные и можно было обойтись обычной монолитной плитой. Грубо говоря, испытания – это проверка фактической несущей способности сваи для выявления необходимости корректировки проекта.
Испытания проводятся приложением вертикальной нагрузки к забитой свае после т.н. “отдыха”, обычно в 6-7 дней. В зависимости от типа нагрузки, испытания подразделяются на динамические и статические. Стоит также отметить, что испытываются не сваи, а грунты, поэтому правильно говорить не “испытания свай”, а “испытания грунтов сваями”.
Динамические испытания свай
“Динамика” – наиболее простой и дешевый способ получения данных о несущей способности сваи. Суть испытания сводится к сбрасыванию груза на сваю и замеру осадки сваи от этого удара. Осадку, или на профессиональном сленге “отказ”, измеряют нивелиром, либо специальным прибором – отказомером. На забивных сваях испытания проводятся непосредственно молотом, которым и были забиты сваи. На буронабивных сваях используют бетонные, или металлические “бабы”, которые сбрасываются с заданной высоты. Имея данные об осадке, параметрах сваи, массе ударной части и высоте сброса, лаборант рассчитывает несущую способность сваи и выдает отчет установленной формы. Эти испытания проводятся быстро, стоят недорого и достаточно точны. Общий объем испытаний свай динамической нагрузкой, согласно рекомендациям ГОСТ, составляет 1 % от общего количества свай.
Статические испытания свай
“Статика” – моделирование механизма работы сваи в фундаменте здания без самого здания и фундамента соответственно. Принцип испытаний также крайне прост, но требует определенных трудозатрат и оборудования. Нам необходимо надавить на сваю с такой силой, чтобы он пошла вниз. Причем надо именно надавить, а не сбросить что-то тяжелое, как при динамических испытаниях. Для буронабивных свай сооружаются специальные массивные стенды над сваей. На эти стенды постепенно краном выгружаются бетонные блоки известной массы, а лаборант наблюдает за осадкой сваи и прекращает испытания после того, как свая просела больше заданного значения. Применительно к забивным сваям есть более простое и дешевое решение – надавить гидравлическим домкратом. Осталось решить вопрос – куда упереться домкратом, ведь надавить надо вниз. Проблема решается забивкой нескольких дополнительных свай в непосредственной близости (обычно в одну линию с испытуемой сваей). Эти сваи называются анкерными. Оголовки этих свай разрушаются, выпускается арматура на сваи устанавливается мощная металлическая балка, которая приваривается к арматуре анкерных свай. Именно об эту балку и будет упираться наш гидравлический домкрат с манометром. Вот чаще всего используемая схема испытания.
Испытуемая свая забивается чуть ниже анкерных для возможности установки домкрата. Нагрузка подается ступенями под постоянным контролем лаборанта. Испытания прекращаются либо по достижении определенного значения на манометре (обычно на 20-30% выше заданной проектной нагрузки), либо в случае если свая не выдержала нагрузки и “пошла” вниз. Статические испытания гораздо дороже, занимают около суток, зато являются самыми показательными, с самым точным результатом. В соответствии со СНиП, статической нагрузкой испытывают до 0,5% от общего количества свай.
Как вариант, 2 балки устанавливаются “крестом”. Анкерные сваи назначаются, как правило, проектной организацией, однако если данные об анкерах отсутствуют, мы сами выбираем оптимальные анкера с тем условием, чтобы максимально использовать свайное поле и не бить дополнительные сваи в “молоко”.
Испытание грунтов динамической ударной нагрузкой забивными сваями (динамические испытания свай).
I. В проектной документации должно быть указано:
Организация проектировщик на основании инженерно-геологических изысканий, нагрузок от проектируемого здания расчетным методом определяет марку, количество свай и расчетную несущую способность одной сваи. После определения расчетом в проекте должно быть указано: максимальный отказ сваи, марка молота, вес ударной части молота, высота с которой наносится удар при свободном падении молота (без подачи топлива) и через какие прокладки наносится удар по свае.
Пример исходных данных указываемых в проекте:
1. Марка сваи – С 70.30-6 (серия 1.011.1-10, выпуск 1) – 76 штук (6 из них пробные (контрольные) на которых будет проводится испытание динамической нагрузкой);
2. Максимальный отказ свай – 2,22см (по расчету);
3. Расчетный отказ принят при заглублении свай в грунт дизель-молотом С-996, весом ударной части молота 1,8т при свободном падении с высоты h=2,8м, через деревянные прокладки общей толщиной 10см, укладываемые на головы свай;
4. Расчетная максимальная нагрузка на сваю от здания – 14,0 т;
5. Расчетная нагрузка на сваю по грунту с учетом коэффициента надежности (1,4) – 17,24 т – это сколько свая должна выдерживать;
6. Инженерно-геологический разрез с описанием;
7. Чертежи с отметками верха свай после забивки и срубки оголовков, план свайного поля, с указанием мест забивки контрольных свай (на которых будет проводится испытание).
II. Проведение испытания:
Обычно на объект завозятся только контрольные сваи, потому что после проведения динамических испытаний указанная в проекте марка свай либо подтвердится, либо их придется менять на более длинные или менять сечение, а может быть наоборот. Место забивки испытываемых свай не должно совпадать с основными (рабочими) сваями, т.к. при испытании они могут либо провалиться, либо разрушится либо отказ будет больше максимального расчетного отказа и т.д.
Используемое строительной организацией сваебойное оборудование должно соответствовать указанному в проекте, на основании которого рассчитан проектный отказ.
Если оборудование не соответствует указанному в проекте, проектная организация должна выполнить перерасчет отказа сваи для сваебойной установки которая будет применяться при испытании и забивке.
Испытание проводится в 3 этапа:
1. Забивка пробных (контрольных) свай, при этом сваи не добиваются до проектной отметки на величину необходимую для добивки (см. пункт 3).
Важно: при погружении свай в процессе забивки на величину менее 0,1 см от одного удара работы следует прекратить, так как такой режим работы выведет из строя сваебойное оборудование (требование ТР 108-00 “Технические рекомендации по натурным испытаниям грунтов железобетонными сваями в условиях строительства” п. 5.37. ).
При забивке сваи ведутся подсчеты числа ударов молота на каждый метр погружения и общего числа ударов, а на последнем метре – на каждые 10 см погружения.
2. Отдых – это перерыв между окончанием забивки и добивкой. За время отдыха грунт обволакивающий сваю частично восстанавливает свою структуру, нарушенную во время забивки. В соответствии с п. 7.2.3 ГОСТ 5686-2012 “Грунты. Методы полевых испытаний сваями” продолжительность “отдыха” устанавливается программой испытаний в зависимости от состава, свойств и состояния прорезаемых грунтов и грунтов под нижним концом сваи, но не менее :
3 сут – при песчаных грунтах, кроме водонасыщенных мелких и пылеватых;
6 сут – при глинистых и разнородных грунтах.
В случае прорезания песчаных, крупнообломочных, плотных песчаных или глинистых грунтов твердой консистенции продолжительность отдыха допускается сократить до 1 сут.
Более продолжительный срок отдыха устанавливают:
– при прорезании водонасыщенных мелких и пылеватых песков – не менее 10 сут;
– при прорезании глинистых грунтов мягко- и текучепластичной консистенции – не менее 20 сут.
Продолжительность отдыха необходимо согласовать с проектировщиком.
3. Добивка и определение отказов каждой контрольной сваи после “отдыха”.
Добивку сваи до проектной отметки производят последовательно залогами из 3 и 5 ударов. Для каждого залога определяют средний отказ в сантиметрах. Высота падения ударной части молота при добивке должна быть одинаковой для всех ударов (в нашем случае h=2,8 м). При этом удары дизельного молота должны быть холодными, без подачи топлива в цилиндр молота.
Величина отказа измеряется специальным прибором – отказомером, который крепится на свае. Отказомер позволяет получить график перемещения сваи при её добивке (отказограмму).
Отказомер фото
Образец отказограммы
В том случае, когда отказомера нет или он вышел из строя, в соответствии с п. 4.2. ТР 108-00 “Технические рекомендации по натурным испытаниям грунтов железобетонными сваями в условиях строительства” разрешается измерение остаточного отказа с прецизионного (высокоточного) нивелира. Для этого нивелир устанавливают на расстоянии 30-40 м от места забивки. При этом динамическое испытание сваи “под нивелир” оформляется соответствующим актом с обязательным указанием в нем типа и серийного номера нивелира, измеренной величины остаточного отказа сваи от конкретного числа ударов молота, даты забивки и номера испытываемой сваи.
Акт подписывается геодезистами заказчика и генподрядчика, прорабом организации, выполняющей забивку свай, представителем испытательной лаборатории, а также представителем авторского надзора проектной организации.
Результаты испытания оформляют в журнале, форма которого приведена в ГОСТ 5686-2012 “Грунты. Методы полевых испытаний сваями” приложение Д.
III Обработка результатов
После завершения добивки и определения отказов каждой пробной сваи результаты испытаний (журнал и отказограммы каждой сваи) направляются в проектную организацию, которая принимает окончательное решение о конструкции фундамента, расчетной нагрузке на сваи и необходимой глубине погружения их в грунт. При положительных результатах испытаний проектная организация дает разрешение на массовую забивку рабочих свай.
Также в проектной документации должно быть указано, что нужно сделать с пробными (контрольными) сваями после проведения испытаний: удалить или срубить на определенной отметке.
Испытание свай – динамические и статические способы
Динамические испытания проводятся: а) в ходе изысканий, до начала рабочего проектирования свайного фундамента при забивке пробных свай; б) в процессе забивки рабочих свай; в) при приемке законченных свайных работ. Динамические испытания выполняются:
- – при проведении изысканий для определения степени неоднородности грунтовых условий в пределах контура проектируемого здания; оценки и сравнения несущей способности пробных свай и свай, принятых в проекте;
- – в процессе забивки рабочих свай — для получения относительной оценки их несущей способности; выявления несущих слоев грунта и слабых участков свайного поля;
- – при приемке работ — для определения возможно более достоверных данных о несущей способности забитых свай после их «отдыха».
Динамические испытания свай, как правило, проводятся тем же оборудованием, что и для производственной забивки. Конечным результатом испытания является получение величины отказа свай (погружение сваи от одного удара молотом) и затем определение путем расчета несущей способности сваи. Достоверность полученных отказов зависит от точности определения веса и высоты подъема ударной части молота одиночного действия, веса сваи и наголовника и точности измерения упругих перемещений грунта и сваи после удара.
Измерение отказа лучше всего производить специальными приборами — отказомерами. К числу наиболее известных конструкций относится отказомер П.Р. Тикунова [28]. Точность регистрации упругих перемещений грунта и сваи этим прибором составляет 1 мм. При забивке пробных свай (на стадии изысканий) и при приемке забитых свай (контрольные испытания) динамические испытания проводятся только после «отдыха» свай. Продолжительность «отдыха» принимается: в песчаных грунтах — не менее трех суток, в связных глинистых грунтах — не менее шести суток с момента окончания забивки.
V.3.8.б. Методика динамических испытаний
Согласно СНиП III-Б.6-62, при измерении отказа необходимо следить за тем, чтобы голова сваи была неповрежденной, высота падения ударной части была максимальной для данного типа молота, удар молота был центральным. Для молотов двойного действия число ударов молота и давление пара или воздуха в цилиндре должны соответствовать данным паспорта. Добивка пробных и контрольных свай после «отдыха» должна производиться тем же молотом, что и при забивке.
В процессе проведения динамических испытаний фиксируются:
- – число ударов молота на каждый метр погружения до заданной проектной отметки;
- – величина отказов после погружения до заданной проектной отметки;
- – продолжительность «отдыха»;
- – коэффициент засасывания, т.е. отношение отказа при забивке к отказу от одного удара при добивке. За расчетный принимается отказ е при добивке.
V.3.8.в. Испытания свай статической нагрузкой
Статические испытания могут назначаться на стадии изысканий, до начала рабочего проектирования, в процессе забивки свай, при приемке забитых свай. Цель их на стадии изысканий — выбор длины и сечения свай и оценка их несущей способности; в процессе забивки и при приемке забитых свай — определение фактической несущей способности свай и сопоставление ее с расчетной, принятой в проекте.
Данные, полученные в результате статических испытаний, отличаются значительно большей достоверностью и точностью, чем при динамических испытаниях. Поэтому, несмотря на большую сложность и трудоемкость статических испытаний по сравнению с динамическими, они назначаются, как правило, при строительстве сложных и крупных объектов с большим числом свай в фундаменте.
Статические и динамические испытания должны проводиться в соответствии с ГОСТ 5686-69 «Сваи и сваи-оболочки. Методы полевых испытаний».
Для проведения статических испытаний при изысканиях забивается несколько пробных свай. Число их и места забивки определяются проектирующей организацией. Испытания в процессе забивки и при приемке производятся на сваях, расположенных в местах с наихудшими для данного объекта грунтовыми условиями или давших наибольшие отказы при забивке. Испытания должны начинаться по истечении трех суток после забивки в песчаные грунты и шести суток в связные глинистые грунты.
V.3.8.г. Методика статических испытаний и оборудование
Статические испытания сваи заключаются в постепенном нагружении сваи статической нагрузкой и измерениями осадок свай от этой нагрузки. Различают величины критической и предельной нагрузок. При критической нагрузке происходит резкое и незатухающее увеличение осадки сваи (свая «проваливается»), превышающее осадку от предшествующей ступени нагрузки более чем в 5 раз. Предельная нагрузка принимается на одну ступень меньше критической. График зависимости осадки от нагрузки представлен на рис. V-19.
Величина ступеней нагрузки назначается в размере 1/10—1/15 ожидаемой величины предельной нагрузки. Для большей точности испытаний иногда пользуются более дифференцированной шкалой нагрузок, а именно от 1/2,5—1/5 в начале испытаний до 1/10—1/15 на последующих ступенях нагрузки.
Наблюдают за осадками сваи после каждой ступени нагрузки до затухания осадок, которое характеризуется величиной осадки не более 0,1 мм за последние два часа наблюдений. Измерения осадок выполняются с интервалами: в первый час наблюдений — через 15 мин, во второй — через 30 мин и далее — через 1 ч до полного затухания осадок. Величина осадки фиксируется с точностью до 0,1 мм прогибомерами или точным нивелированием.
После доведения нагрузки до критической осуществляется разгрузка так же ступенями, но равными удвоенным ступеням загрузки. Данные, наблюдений за осадками свай записываются в журнал статического испытания сваи.
Выбор оборудования для статических испытаний зависит от принятого способа нагружения сваи. В настоящее время известны следующие способы нагружения: укладка груза на платформу, устанавливаемую на сваю, использование усилия гидравлических домкратов, применение натяжных муфт или лебедок.
Преимущественное распространение получил способ с использованием гидравлических домкратов — наименее трудоемкий и наиболее дешевый. Общий вид установки с гидравлическим домкратом конструкции ГПИ Фундаментпроект представлен на рис. V-20. Для статических испытаний обычно используются гидравлические домкраты грузоподъемностью 50, 100 и 200 т.
Реперная система предназначена для крепления приборов, измеряющих осадки испытываемой сваи. Она состоит из стоек и ригелей. Стойки (балки, швеллеры, тумбы) закапываются в землю не менее чем на 0,5 м. При испытании железобетонных свай при кустовом или ленточном расположении их в качестве стоек используются те же сваи из куста или ряда. Ригели (металлические уголки 75×75×8 мм) прикрепляются к стойкам хомутами. К ригелям струбцинами крепится прогибомер. На каждую испытываемую сваю устанавливаются два прогибомера.
Схема размещения испытываемых и анкерных свай, а также реперной системы показана на рис. V-21.
Документация на проведение статических испытаний свай включает в себя:
- – техническое задание, разрабатываемое проектной организацией;
- – проект производства работ;
- – план строительной площадки с указанием на нем испытываемых и анкерных свай;
- – геологический разрез площадки и физико-механическая характеристика грунтов.
Смородинов М.И. Справочник по общестроительным работам. Основания и фундаменты
Испытания свай
Статические испытания свай
Статические испытания свай выполняются в соответствии с требованиями:
— ГОСТ 5686-94 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями»;
— СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»;
— СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов»
Перед началом производства работ нашими специалистами разрабатывается и согласовывается «Программа проведения испытаний свай». Сами статические испытания свай можно проводить на разных этапах строительства и проектирования — на стадии изысканий, до начала рабочего проектирования, в процессе погружения свай, при приемке погруженных свай.
В зависимости от этапа будут различаться и цели статических испытаний свай:
— На стадии изысканий статические испытания свай проводят с целью выбора длины и сечения свай и оценки их несущей способности;
— В процессе погружения и при выемки погруженных свай целью статических испытаний будет определение соответствия фактической несущей способности свай и сопоставление ее с расчетной, принятой в проекте.
Полученные при статических испытаниях свай данные, как правило, отличаются существенно большей точностью и достоверностью, чем при динамических испытаниях свай.
Вместе с тем статические испытания свай более сложны, дороги и трудоемки по сравнению с динамическими и в связи с этим назначаются в основном при строительстве сложных и крупных объектов с большим числом свай в фундаменте
Технология проведения статических испытаний свай
Проведение статических испытаний свай начинается с определения проектирующей организацией числа испытуемых свай и мест их забивки. После этого в определенных местах погружается несколько пробных свай. Испытания в процессе забивки и при приемке производятся на сваях, расположенных в местах с наихудшими для данного объекта грунтовыми условиями или давших наибольшие отказы при забивке.
Перед испытаниями сваи должны отстояться для того, чтобы восстановились структурные связи в грунтах и, соответственно, свая показала реальные результаты. Время т.н. “отдыха” сваи перед испытаниями согласно ГОСТ составляет:
1 день – в случае если под острием сваи крупнообломочные грунты, или плотные пески
3 дня – для песчаных грунтов
6 дней – для глины и разнородных грунтов
10 дней – для водонасыщенных песков.
В большинстве случаев время “отдыха” сваи – 6 дней с момента забивки.
Испытываемую сваю нагружают ступенями, переход к следующей ступени нагружения осуществляют после условной стабилизации осадки на предыдущей ступени. Для измерения осадки испытываемой сваи устанавливают прогибомеры часового типа с ценой деления 0,01 мм или с электронным циферблатом.
Перед нагружением сваи берут нулевые отсчеты по всем приборам. На каждой ступени нагружения сваи снимают отсчеты по всем приборам.
За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость осадки сваи на данной ступени нагружения, не превышающую 0,1 мм за последние 60 или 120 мин наблюдений.
За частное значение предельного сопротивления испытываемой сваи принимается нагрузка, при которой прекращено нагружение сваи.
Схемы установок для проведения статического испытания свай:
Установка с гидравлическим домкратом, системой балок и анкерными сваями
Установка с грузовой платформой, служащей упором для гидравлического домкрата
1 – испытываемая свая
2 – анкеpная свая
3 – pепеpная система с пpогибомеpами
4 – домкpат с манометpом
5 – система упоpов, балок
8 – гpуз (упоp для домкpата)
Способы статического испытания свай
Выбор оборудования для статических испытаний сваи зависит от принятого способа нагружения.
В настоящее время известны следующие способы нагружения:
— укладка груза на платформу, устанавливаемую на сваю;
— использование усилия гидравлических домкратов;
— использование собственного веса СВУ.
Преимущественное распространение получил способ статического испытания свай с использованием гидравлических домкратов — наименее трудоемкий и наиболее недорогой. Специалисты нашей компании чаще всего используют для нагружения сваи собственный вес сваевдавливающей установки, что позволяет нашим клиентам экономить до 50% средств на испытаниях.
Динамические испытания свай
Работы, связанные с сооружением свайного фундамента не обходятся без испытания имеющихся свай. Помимо статического испытания свай, производят также испытания свай динамической нагрузкой. По мере погружения сваи возрастает сопротивление грунта проникновению сваи. Внешне это проявляется в том, что с заглублением острия в грунт уменьшается отказ сваи, т. е. величина ее погружения от одного удара молотом. Динамические испытания свай основаны на связи между энергией удара молота при забивке сваи в грунт и несущей способностью сваи.
При пробной забивке динамические испытания свай позволяют назначить рациональную длину свай и проверить соответствие фактической и расчетной величин отказов свай. При забивке рабочих свай наблюдения за изменениями отказов позволяют выявить несущие слои грунта, дать относительную оценку несущей способности забитых свай и выявить слабые участки свайного поля. Во время проведения динамического испытания свай составляются графики, которые описывают изменения состояния сваи в зависимости от приложенных к ней нагрузок.
Динамические испытание свай имеют некоторые преимущества перед статическим испытанием свай – они более мобильны, не требует высоких затрат, применяется к любым видам свай независимо от их несущей способности. Но при этом динамический метод испытаний свай может дать завышенную величину несущей способности свай. Это возможно, если свая при забивке прорезает толщу относительно плотных грунтов и входит острием в более слабый слой, обладающий большей сжимаемостью. Необходимо отметить, что в этом случае и статический метод испытания свай может ввести в заблуждение. Дело в том, что в таких грунтовых условиях при длительном действии на сваю статической нагрузки, вследствие деформаций ползучести происходит перераспределение нагрузки и значительно повышается ее доля, приходящаяся на острие сваи, что вызывает перегрузку слабого грунта основания. Поэтому при многослойных напластованиях необходимо, чтобы острия свай входили в более прочный подстилающий слой грунта.
В глинистых грунтах (однородных в пределах фундамента здания) при забивке свай на одинаковую глубину величины отказов как в конце забивки, так и во времени, могут сильно отличаться для разных свай, что может натолкнуть на неправильное заключение о их весьма различной несущей способности. Однако в этом случае результаты динамических испытаний свай сравнивают с результатами статических испытаний, которые показывают одинаковый уровень сопротивляемости свай.
Динамический метод испытания свай непригоден также и при сооружении свайных фундаментов на сыпучих основаниях из песка, строительного мусора, бытовых свалках и т.п.
Технология проведения динамических испытаний свай
Как правило, динамические испытания свай проводятся трижды. Первоначально проводят динамические испытания имеющихся свай перед началом основных свайных работ и даже до начала работы над проектом свайного фундамента. Это делается с целью определить уровнень неоднородности грунта в месте будущего строительства.
Следующий этап динамических испытаний проводят в момент забивки основных свай в грунт — чтобы оценить их несущие качества и возможности, а также для определения несущих слоев в грунте и слабых участков в зоне, где забиваются сваи. По завершению свайных работ сваи проходят еще одно динамическое испытание для более достоверного определения несущих способностей свай после того как они «отдохнули». Длительность «отдыха» свай в связных глинистых грунтах приближается к шести суткам, а в песчаных грунтах составляет не менее трех суток со времени окончания забивки.
При забивке рабочих свай наблюдения за изменениями отказов позволяют выявить несущие слои грунта, дать относительную оценку несущей способности забитых свай и выявить слабые участки свайного поля. Контрольная добивка свай выявляет изменения несущей способности свай после «отдыха». Она должна выполняться тем же молотом, которым велась забивка свай. В глинистых грунтах ее следует производить короткими сериями ударов, чтобы вновь не нарушить структуру грунта
Динамические испытания свай проводят с помощью того же оборудования, которое применяется для проведения основных свайных работ. После всех испытаний получают величину отказа свай, равную степени погружения сваи в грунт после одного удара. Далее производятся необходимые расчеты для определения несущей способности забитой сваи. При этом точность полученных данных отказов полностью зависит от точности вычисления высоты молота и веса его ударной части, а также веса самой сваи и наголовника. Не следует также забывать и о точности замеров упругих перемещений сваи и грунтов после удара.
Для измерения отказа при динамических испытаниях свай в основном применяется нивелир. Точность фиксируемых упругих перемещений сваи и грунта нивелиром равна 1 мм. Во время забивки пробных свай и при контрольных испытаниях (приемка забитых свай) динамические испытания свай принято проводить лишь после «отдыха» свай. Условные обозначения:
Для правильного определения несущей способности сваи динамическим методом важное значение имеет достаточно точное измерение высоты падения молота. Для этого обычно пользуются рейкой с четкими делениями через 5 см, прикрепляемой к молоту или наголовнику сваи. Таким способом визуально можно определить высоту падения молота с требуемой точностью до 2 см.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современная практика строительства фундаментов различного назначения направлена на применение свай большой мощности, несущая способность которых достигает более 1000 т. Уменьшение количества свай в сооружениях снижает материалоемкость и трудовые затраты строительства, сокращает его окупаемость и сроки. Вместе с тем значительно возрастает роль полевых испытаний свай, проводимых для обоснования правомерности, подтверждения надежности и качества конструктивно-технологических решений и разработок фундаментов.
Производство полевых испытаний свай регламентировано в России требованиями ГОСТ 5686. Испытания проводятся на стадиях инженерных изысканий, проектирования и в ходе строительства объектов. Сваи нагружаются статическими нагрузками, как правило, до разрушения (статические испытания) или динамическими нагрузками стандартных сваебойных средств с обработкой результатов по упрощенной формуле Н.М. Герсеванова (динамические испытания).
Статические испытания дают весьма точную информацию о несущей способности свай, однако чрезвычайно трудоемки, сопряжены с техническими трудностями подачи и реактивного восприятия испытательных нагрузок, продолжительны во времени. В силу разрушающего характера испытаний сваи не могут быть использованы в дальнейшем и подлежат выбраковке.
Динамические испытания – более оперативны, менее трудоемки, чем статические. После проведения испытаний сваи не выбраковываются. Тем не менее, получаемые результаты в большинстве случаев не согласуются с результатами статических испытаний, оказываются приближенными, несущая способность свай не может быть определена с достаточной достоверностью.
Существенным недостатком обоих видов испытаний является также отсутствие сведений о распределении несущих спо собностей по боковым поверхностям и подошвам конструкций, практическая невозможность проведения испытаний свай, обладающих несущей способностью по грунту более 300-400 тс. Таким образом, информационная обеспеченность для свай большой мощности в настоящее время фактически отсутствует, надежность и качество фундаментов с применением таких свай требуют неотложного практического разрешения.
Указанных недостатков и несогласованностей в значительной мере можно избежать путем проведения испытаний свай методом ЭЛДИ. Этот метод представляет собой модифицированные для отечественных условий известные методы TNO и PDA , широко применяемые за рубежом в последние 10-12 лет.
Метод испытания свай ЭЛДИ, разработанный в содружестве ОАО ЦНИИС, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, компанией ISOTOP Ltd (Израиль) и фирмой «ЭЛГАД», прошел практическую апробацию на строительстве фундаментов 3-его транспортного кольца и промышленно-гражданской инфраструктуры г.Москвы в 2000-2001 гг. Полученные результаты в высокой степени согласуются с результатами контрольных испытаний свай статической нагрузкой. Метод надежен, оперативен, достаточно экономичен. Мощность свай, подлежащих испытаниям, не ограничивается. Предоставляемая методом возможность раздельной оценки несущей способности свай по их боковым поверхностям и подошвам обеспечивает осуществимость эффективного выбора наиболее целесообразных и рациональных конструктивно-технологических решений свайных фундаментов.
Настоящие Методические рекомендации разработаны в ОАО ЦНИИС на основе накопленного опыта испытания свай, «Технологического регламента проведения полевых испытаний несущей способности свай методом ЭЛДИ» (М., ЦНИИС-НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2001).
Разработка выполнена ведущими специалистами ОАО ЦНИИС: зав. отделением ИТА канд. техн. наук Ю.В. Новаком, гл. научным сотрудником ИТА д-ром физ.-мат. наук В.А. Робсманом, ст. научным сотрудником канд. техн. наук Ф.М. Тер-Микаэляном с участием канд. техн. наук Н. Гадаева, канд. техн. наук В.В. Новака, инженеров X . Дели и М. Шейнера. Оформление Методических рекомендаций выполнено ст. лаборантом А.А. Ахапкиным.
Методические рекомендации согласованы с профильными управлениями Корпорации «Трансстрой», ведущими проектными институтами РФ – ГП «Мосинжпроект» и ОАО «Трансмост».
Замечания и предложения просим направлять по адресу: 129329, Москва, ул. Кольская, д. 1, ОАО ЦНИИС.
Зам. генерального директора
по научной работе, д-р техн. наук А.А. Цернант
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Методические рекомендации определяют проведение полевых испытаний несущей способности свай методом ЭЛДИ, включая подготовку конструкций, использование оборудования и измерительной аппаратуры, подачу испытательной нагрузки, получение и обработку информации, представление и сдачу-приемку результатов испытаний, а также технику безопасности и контроль качества работ в процессе их производства.
1.2. Методические рекомендации предназначены для использования при выполнении полевых испытаний свай всех видов, в том числе призматических, цилиндрических, свай-оболочек, с уширенной пятой, висячих, свай-столбов и др. (далее свай), независимо от их материала, способа погружения или устройства в грунте (забивных, вибропогружаемых, буронабивных и т.п.), проводимых в комплексе проектно-изыскательских работ и контрольных испытаний при строительстве объектов транспортного, гидротехнического и промышленно-гражданского назначения.
1.3. Методические рекомендации разработаны в развитие ГОСТ 5686, «Технологического регламента проведения полевых испытаний несущей способности свай методом ЭЛДИ» и распространяются на проведение испытаний свай, погруженных в любые грунты за исключением вечномерзлых, просадочных и набухающих, подверженных тектоническим изменениям или сейсмическим воздействиям, требующих специального изучения для научно-исследовательских целей.
1.4. При производстве работ с использованием настоящих Методических рекомендаций должны выполняться требования и указания следующих нормативных и научно-технических документов:
СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».
СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».
СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
СНиП 3.01.01-85* «Организация строительного производства».
СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства».
ГОСТ 5686 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями».
Контроль качества на строительстве мостов. М., «Гипростроймост», 1994.
Правила производства земляных и строительных работ, прокладки и переустройства инженерных сетей и коммуникаций в г. Москве. Правительство Москвы. Постановление № 603 от 08.08.2000 г..
Методические указания по применению импульсной акустической диагностики (ИНАД) для контроля сплошности и неоднородности буронабивных свай. М., ЦНИИС, 2000.
Технологический регламент проведения полевых испытаний несущей способности свай методом ЭЛДИ. М., ЦНИИС-НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2001.
1.5. Метод испытания свай ЭЛДИ, модифицирующий известную технологию TNO , прошел научно-техническую и практическую апробацию с положительной оценкой в ОАО ЦНИИС, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова и на строительстве свайных фундаментов 3-его транспортного кольца и промышленно-гражданской инфраструктуры г. Москвы. Это нашло отражение в следующих документах:
Научно-технический отчет по теме ИТА-2000-0110 «Адаптация и внедрение метода TNO испытания свай». М., ЦНИИС, 2000.
Анализ экспериментально-теоретических основ и практических результатов испытаний свай методом ЭЛДИ. Заключение. М,, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2000.
О результатах анализа теоретических основ и достоверности результатов натурных измерений метода ЭЛДИ для статических и динамических испытаний буронабивных свай. Техническое заключение. М., ЦНИИС, 2000.
Разработка Методических рекомендаций по испытаниям свай ударной нагрузкой по методу ЭЛДИ с учетом специфики ПГС. Технический отчет. М., НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2001.
2. ПРИНЦИПЫ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ЭЛДИ
2.1. Метод ЭЛДИ предназначен для определения несущей способности и деформативности свай по грунту с оценкой составляющих по боковой поверхности и установлением зависимости перемещений свай в грунте от нагрузки путем их испытаний в условиях строительной площадки объекта (полевые испытания), проводимых в комплексе проектно-изыскательских работ и контрольных испытаний при строительстве.
2.2. Полевые испытания свай в методе ЭЛДИ производятся осевыми вдавливающими нагрузками, прикладываемыми к «головам» свай в виде ступенчато-возрастающих статических (статические испытания) и ударных динамических (динамические испытания) усилий. Испытания проводятся без нанесения ущерба работоспособности, прочности и несущей способности свай по специальным программам, утверждаемым в установленном порядке.
2.3. Динамические испытания в методе ЭЛДИ являются основными по объему получаемой информации. Количество свай, подлежащих динамическим испытаниям, устанавливается Техническим заданием проектной организации или заказчиком объекта с учетом требований ГОСТ 5686 и СНиП 3.02.01-87 относительно общего количества испытываемых свай.
2.4. Статические испытания в методе ЭЛДИ носят вспомогательный характер, выполняются только для корреляции (калибровки) результатов, получаемых при динамических испытаниях в заданных группах свай, погруженных в грунты с достаточно близкими (идентичными) физико-механическими свойствами. Необходимость проведения статических испытаний устанавливается руководителем работ по результатам анализа инженерно-геологических изысканий с учетом имеющегося в его распоряжении банка данных.
2.5. В процессе статических испытаний получают непосредственную (прямую) информацию о перемещениях сваи в грунте и напряжениях в ней, возникающих реактивных сопротивлениях грунта по боковой поверхности и острию сваи при ее одноосном сжатии. Работы по выполнению статических испытаний реализуют прямые методы наблюдений.
2.6. В процессе динамических испытаний получают опосредованную (непрямую) информацию о состоянии материалов и поведении сваи в грунте в виде экспериментальных параметров прохождения ударной волны, инициируемой приложением к свае соответствующей ударной нагрузки. Работы по выполнению динамических испытаний реализуют косвенные методы наблюдений.
2.7. Взаимодействие свай с грунтом в обоих видах испытаний по методу ЭЛДИ аппроксимируется расчетными моделями, содержащими пружины, демпферы и добавочные массы.
2.8. Адаптация результатов динамических испытаний свай в методе ЭЛДИ к искомым параметрам по п. 2.1 основана на теории распространения ударной волны в одноосном прямолинейном стержне, находящимся в квазиупругой среде
2.9. Параметры, определяющие сплошность материалов, длины и прочностные характеристики свай, используемые для решения уравнений по п. 2.8, вводятся в уравнения по результатам акустического контроля, проводимого для каждой испытываемой сваи методами SONYC с помощью прибора PET или ИНАД (импульсной нелинейной акустической диагностики) по разработке ОАО ЦНИИС.
3. НАГРУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
3.1. Нагружающие устройства в методе ЭЛДИ обеспечивают приложение, к головам свай испытательных нагрузок, тарированных в заданном силовом и временном режимах. При этом нагрузки на испытываемые сваи должны передаваться центрально и соосно.
3.2. Для выполнения статических испытаний в методе ЭЛДИ применяют установки по ГОСТ 5686 , в которых испытательная нагрузка на головы свай создается за счет давления гидравлических домкратов.
3.3. При статических испытаниях свай, использующих установки с анкерными сваями, количество последних следует назначать в зависимости от величины испытательной нагрузки и предельного сопротивления (несущей способности) анкерных свай выдергиванию по грунту, а также прочности их материала на растяжение.
При недостаточной несущей способности и прочности анкерных свай или в случаях их отсутствия в установках статического испытания применяют пригрузы.
3.4. Глубина погружения или заложения анкерных свай в установках статического испытания не должна превышать глубины погружения или заложения испытываемой сваи.
3.5. Расстояния в осях от статически испытываемой призматической или цилиндрической сваи с наибольшим размером (диаметром) поперечного сечения d £ 800 мм до анкерной или ближайшей опоры грузовой платформы, а также до опор реперной установки должны быть не менее трех наибольших размеров поперечного сечения испытываемой сваи и не менее 1,5 м.
3.6. При статических испытаниях свай-оболочек, набивных свай диметром более 800 мм, свай с уширенной пятой, а также винтовых свай расстояния между испытываемой и анкерной сваями в свету допускается уменьшать до 2d, где d – диаметр сваи-оболочки, набивной сваи, уширенной пяты или завинчивающейся лопасти.
3.7. Предельный прогиб конструкции, служащей упором для домкратов в установках статического испытания свай, ограничивается величиной 0,004 от ее расчетного пролета. Все элементы установок должны быть рассчитаны на нагрузку, превышающую на 20% наибольшую испытательную нагрузку.
3.8. При выполнении динамических испытаний в методе ЭЛДИ испытательная нагрузка интерпретируется ударами по «головам» свай, не приводящими к разрушению конструкций и потере их работоспособности.
3.9. Для проведения динамических испытаний применяют установки-стенды, основным рабочим элементом которых является молот, сбрасываемый на «головы» испытываемых свай по направляющей штанге с заданной высоты. «Головы» свай снабжаются стальными опорными плитами (наковальнями), принимающими удары молота. Между плитами и молотом вводится демпфирующая прокладка из упругого материала, обеспечивающая гашение высокочастотной составляющей удара при испытаниях.
3.10. Молот, предназначенный для проведения динамических испытаний, должен свободно перемещаться по направляющей штанге. В конструкции молота следует предусматривать возможность изменения развиваемой энергии удара при обязательном удовлетворении следующих требований:
– Несоосность перемещения молота относительно продольной оси сваи не допускается более 5° по высоте и 10 мм по горизонтали.
– Осадка сваи от одного удара молота не должна превышать 7 мм при оптимальной величине 2-3 мм.
– Высота сбрасывания (падения) и вес молота должны быть регулируемыми.
3.11. При удовлетворении условий пп. 3.8 и 3.10 в качестве нагружающего устройства для выполнения динамических испытаний в методе ЭЛДИ могут также применяться другие установки, в том числе стандартные сваебойные средства согласно ГОСТ 5686 .
4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И РЕГИСТРИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА
4.1. Измерительные приборы и регистрирующая аппаратура в методе ЭЛДИ обеспечивают получение и передачу на обработку в ПЭВМ информации (сигналов) о загружении свай, их состоянии и поведении в грунтовом массиве в процессе испытаний, включая данные о величинах подаваемых нагрузок, перемещениях конструкций и распределении напряжений в них, распространении ударной волны и т.п.
4.2. Типовое (обычное) использование и размещение измерительных приборов в зависимости от вида выполняемых испытаний свай приведено в табл. 1. По условиям производимых работ допускается замена приборов на аналогичные с теми же характеристиками.
Типовое использование измерительных приборов в методе ЭЛДИ
Как проводят динамические испытания свай?
Динамические испытания буронабивных свай производятся с целью определения несущей и вдавливающей способности представленных железобетонных изделий.
Технология, с помощью которой производится тестирование вдавливающей способности и несущих характеристик, регламентируется отдельными положениями СНиПа и ГОСТа 5686-94.
Динамические испытания несущей способности свай
Для произведения точной оценки вдавливающей способности изделий, активно применяется осциллографический анализатор забивки.
После этого данные о вдавливающей и статической нагрузке, испытываемой сваями, согласно требованиям СНиПа и ГОСТа 5686-94 фиксируются в соответствующей документации. Туда же вносятся данные, касательно характеристик грунтов.
Особенности и назначение испытаний
Динамические испытания для буронабивных свай, как и оценка их вдавливающей способности, производятся с ориентировкой на любой из типов грунтов, в который буде производится забивка.
Вне зависимости от ряда характерных особенностей грунтов, в которые будет производиться забивка представленных буронабивных железобетонных изделий, все работы осуществляются с четкой ориентировкой на требования ГОСТа и СНиПа.
Динамическое и статическое испытание свай, как и испытания грунтов, производится при возведении таких объектов, как:
- Подводные фундаменты мостов;
- Береговые площадки;
- Нефтяные платформы.
Динамические испытания свай в процессе
Такими сваями производится тестовая забивка. При этом нагружающим устройством, расположенным над сваями является специальный гидравлический молот падающего или ударного типа.
Если на строительной площадке отсутствует такой агрегат, с помощью которого осуществляется работа над сваями, то смета подразумевает наличие альтернативного устройства для проведения забивки.
В таком случае, программа испытаний буронабивных железобетонных изделий позволяет применять самостоятельно изготовленный молот трубчатого типа.
Исходя из требований ГОСТа и СНиПа, вес этого молота для буронабивных свай равен 3,2 тоннам. Его монтаж производится из элементов, находящихся между сваями.
Сборка производится с ориентировкой на регламенты ГОСТа и СНиПа, монтаж осуществляется с помощью крана, в пространстве между сваями, в том месте, где в дальнейшем будут проводиться испытания грунтов.
Динамические испытания свай производятся, согласно требованиям ГОСТа и СНиПа на определенных этапах работ, смета утверждается заранее. Итак, испытания буронабивных свай производятся:
- В процессе проведения изысканий грунтов;
- Перед началом процессов рабочего проектирования фундамента со сваями;
- При осуществлении тестовой забивки буронабивных свай;
- При проведении приемки уже законченных работ.
Динамические испытания свай
В итоге составляется акт испытания свай динамической нагрузкой. Стоит отметить, что динамические и статические испытания буронабивных изделий и исследования грунтов производятся:
- С целью определения уровня степени неоднородности грунтовых структур, в пределах строительной площадки.
- Для проведения оценки и сравнения параметра несущей способности и нагрузки производимой сваями.
- С целью обнаружения несущих слоев грунтов и ослабленных участков свайного поля.
- Для получения точных и достоверных данных о несущей способности свай после их забивки.
ГОСТ и СНиП позволяет при проведении испытаний использовать то же оборудование, что и при осуществлении забивки, эти положения четко обозначают нужное расстояние между сваями при проведении работ.
Конечный результат испытания буронабивных изделий представлен в виде полученной величины отказа свай. Это глубина, на которую погружается свая при одном ударе молота.
Все текущие измерения буронабивных свай производятся при помощи специального прибора – отказометра. При произведении замеров, параметр точности такого устройства равен 1 мм.
Данный аппарат при соответствующей настройке может производить точные замеры расстояния между сваями. Все этапы проводимых измерительных работ проводятся согласно требованиям СНиПа.
Основные преимущества испытания динамической нагрузкой
Испытание сваи в эксплуатируемом здании перед надстройкой
Метод динамических испытаний имеет ряд неопровержимых преимуществ перед статическим методом. При реализации такого метода доступна высокая степень мобильности, он достаточно экономичен и применим ко всем видам существующих в настоящее время свай.
Представленный метод дает реальную возможность значительно увеличить параметр несущей способности изделия. Все это производится в соответствии с положениями СНиПа.
Такое увеличение параметра возможно в том случае, если свая, во время осуществления забивки, погружается своим острием в слабый слой, который имеет большую сжимаемость.
В грунтах глинистого типа, которые отличаются своей однородностью в пределах площади фундамента здания, при осуществлении погружения свай на одинаковую глубину, величина отказов может разниться.
Вкупе с небольшим интервалом погружения предоставленные данные могут вводить в заблуждение, в связи с чем может сформироваться мнение от разных значениях несущей способности изделий.
В таком случае рекомендуется внимательно сверить полученные результаты с теми, которые были получены в ходе проведения статических изысканий. В процессе выявится одно общее значение уровня сопротивляемости представленных железобетонных изделий.
Технология проведения динамических испытаний
В большинстве случаев, проведение динамических испытаний инициируется три раза. Первый раз все действия производятся над уже имеющимися в наличии изделиями, которые отобраны для проведения работ и строительства. Это происходит до начала действий с проектом свайного фундамента.
Испытание свай динамической нагрузкой
В процессе определяется показатель уровня неоднородности грунтовых отложений в том месте, где будет производиться строительство.
Следующий после этого этап производится непосредственно в момент забивки. В процессе производится оценка несущих качеств изделия и исследование свойств несущих грунтовых слоев и ослабленных участков.
После окончания работ производится заключительный этап испытания. Он дает самые достоверные данные о несущих способностях после того, как они некоторое время побыли в грунте.
При осуществлении забивки в процессе наблюдения за текущими изменениями отказов можно выявить те слои грунта, которые являются несущими.
Также это позволяет произвести сравнительную оценку параметров несущей способности уже забитых изделий, для того, чтобы выявить возможные ослабленные участки.
В слоях глинистого типа пробная забивка производится с помощью молота, который проводит короткую серию ударов. Это позволяет сохранить нетронутой структуру грунта.
Все текущие динамические испытания проводятся при содействии того оборудования и техники, которое задействовалось при выполнении основного спектра работ.
По завершению становится доступным значение величины отказа. Оно равно степени погружения изделия в грунт после осуществления по нему одного удара молотом.
Испытания свай динамической (ударной) нагрузкой по методу ЭЛДИ
Точность тех данных, которые будут получены, напрямую коррелирует с высотой молота и удельным весом его ударной части.
Сюда также входить параметры веса сваи, и ее наголовника. Некоторое внимание уделяется уровню точности производимых замеров при упругих перемещениях изделия в грунте после нанесения удара.
Испытания грунтов
При строительстве здания и последующем его вводе в эксплуатацию грунты песчаного и глинистого типа подвергаются уплотнению в результате влияющей на них статической нагрузки.
Испытания грунтов оказывает очень серьезное влияние на весь процесс возведения здания. Это связанно с тем, что от параметров несущей способности грунта напрямую зависят характеристики прочности и устойчивости всей строящейся конструкции.
Эта процедура производится для того, чтобы подробно изучить физико-механические характеристики грунтов, определить особенности их геологической структуры и выявить условия, которые оказывают влияние на равновесие всей почвенной массы на данном участке. В большинстве случаев проводятся два обязательных этапа испытаний такого типа.
Испытания свай на прочность
Лабораторные позволяют определить нужные параметры физико-механических качеств грунтов, а полевые выявляют уровень сопротивления почвы в ее естественных условиях.
Проводимые работы помогают составить наиболее оптимальный график выполнения работ и спрогнозировать степень устойчивости будущего здания.
Кроме того, это способствует выбору наиболее эффективного способа, направленного на укрепление фундамента. Эти процедуры также проводятся для того, чтобы избежать обрушения возведенных зданий.
Испытания могут проводиться не только на открытых строительных площадках, но и при исследовании уже готово фундамента. Если строительство осуществляется на старом фундаменте, то грунт обязательно подвергается процедуре обязательного изучения.
Статическое испытание свай
При выборе оборудования, которое необходимо для корректных испытаний такого рода, ориентировка осуществляется на особенности способа, посредством которого будет проводиться погружение. Сейчас активно применяются такие способы, как:
- Проведение укладки нужного груза на платформу, установленную на сваях;
- Применение натяжной муфты или лебедки;
- Применение гидравлического домкрата и использование его усилия;
- Использование собственного удельного веса СВУ.
Испытания свай статической нагрузкой по ГОСТ 5686-94
Статическое испытание свай начинается с того, что обозначается численность уже существующих изделий, и тех мест, где будет производиться их дальнейшая забивка.
После этого производится погружение пробных железобетонных конструкций. Все текущие испытательные работы проводятся с участием тех конструкций, которые лежат в областях с наихудшими грунтовыми условиями.
Все испытательные работы начинаются с того, что выжидается период «отдыха» сваи. Те конструкции, погружение которых будет производиться с помощью других способов, приводят в готовность не раннее, чем за сутки до начала процесса.
Все работы начинаются только после того, как изделие, изготовленное из бетона, застывает на 80% своей прочности. Все работы производятся равномерно без осуществления ударов и с соблюдением степеней нагрузки на конструкцию. Порядок действий устанавливается заранее и отображается в программе испытаний.
При осуществлении заглубления нижних концов конструкции в грунты обломочного типа допускается достижение трех ступеней (уровней) нагрузки, которые составляют 1/5 всех нагрузок, объединенных суммарно.
Первая пробная свая должна обладать высокой прочностью, благодаря этому может быть обеспеченно получение всех необходимых характеристик. В случае необходимости свая подвергается усилению с помощью подключения внешней обоймы.
Загрузка...