Статические испытания свай
Кратко о методе
По сравнению со всеми другими методами определения предельного сопротивления свай, метод оценки несущей способности свай по результатам статических испытаний является наиболее достоверным, что позволяет получать экономический эффект от реализации более рациональных проектных решений, основанных не на расчетном, а на фактическом значении несущей способности свай по грунту.
Цель проведения статических испытаний грунтов сваями:
На этапе изысканий – выбор наиболее рационального конструктивного решения свай, их количества и размещения в плане будущего сооружения.
На этапе строительства (проведение контрольных испытаний) – определение фактической несущей способности сваи по грунту.
Подробно о методе
При строительстве зданий на свайных фундаментах обязательным мероприятием в рамках контроля качества строительных работ является испытания грунтов сваями на вертикальную вдавливающую нагрузку. На данном этапе устанавливается фактическая величина несущей способности сваи по грунту, которая определяется через значения предельных сопротивлений свай по грунту полученных в результате серии испытаний с последующей их статистической обработкой. В соответствие с последними изменениями в СП 24.13330.2011 (п.7.3.1.) рекомендуемое число испытаний для оценки несущей способности свай по грунту составляет не менее трех для сооружений класса КС-2 (нормальный уровень ответственности) и четырех — для сооружений класса КС-3 (повышенный уровень ответственности).
Минимальное количество испытуемых свай регламентируется следующим образом (Приложение А, ГОСТ 5686-2020.):
— при испытании свай статической вдавливающей нагрузкой — до 0,5 % общего числа свай на данном объекте, но не менее 2 шт., за исключением специально обоснованных случаев;
— при испытании свай статической выдергивающей или горизонтальной нагрузкой — не менее 2 %, но не менее 3 шт.
На основе выполненного минимально допустимого объема испытаний, несущая способность Fd принимается как наименьшее частное предельное сопротивление, полученное в ходе испытаний. Например, если в одном случае частное значение ( в идентичных грунтах) составляет 800 кН, а по результату второго испытания 670 кН, несущая способность будет соответствовать величине в 670 кН. При этом среднее значение составит величину в 735 кН.
Чтобы повысить несущую способность в данном случае, необходимо выполнить большее количество испытаний, обеспечивающее их статистическую обработку. По результатам статистической обработки оценивается величина коэффициента надежности по грунту, что повышает экономичность геотехнических проектов, т.к. мы получаем несущую способность как среднее (нормативное) значение, деленное на полученный коэффициент γn.
Подготовка к испытаниям
Сваи, предназначенные для испытаний, должны соответствовать стандартам или техническим условиям на сваи.
Погружение или устройство испытываемых свай должно быть выполнено в соответствии с программой испытаний.
Свая с разрушенной головой, предназначенная для испытания статической вдавливающей нагрузкой, должна быть обрублена на участке разрушения, а торцевая поверхность обрубленного ствола сваи должна быть выровнена с образованием плоскости, имеющей отклонение не более 1/100 от проектного положения и сколы глубиной не более 2 см.
Перед испытанием статической выдергивающей нагрузкой сваю подготавливают в соответствии с намечаемым способом передачи нагрузки: через предварительно обнаженную продольную арматуру на длине до 15 см, боковое трение или другим способом.
Также компания выполняет испытания свай в вечномерзлых грунтах по ускоренной и стандартной методикам. Для измерения температуры массива грунта используются термометрические датчики, объединенные в систему («термокоса»).
Компания имеет опыт испытания свай в специфических (просадочных грунтах). Данные испытания проводятся при предварительном замачивании грунта, окружающего сваю. Расчет требуемого количества воды, производится в соответствии с требованием ГОСТа 5686-2020.
Принципиальные схемы установок для полевых испытаний грунтов сваями
В Приложении Б ГОСТ 5686-2020 представлено множество схем установок для полевых испытаний грунтов. Наиболее распространенными схемами являются:
-установка с грузовой платформой, служащей упором для гидравлического домкрата;
-установка с системой балок и анкерными сваями, служащей упором для гидравлического домкрата.
Принципиальные схемы установок для полевых испытаний грунтов сваями
Сборка стенда для проведения статических испытаний свай
Методика проведения испытаний
В процессе проведения испытаний операторами фиксируется вертикальное перемещение сваи по датчикам, расположенным на голове сваи в зависимости от прикладываемой нагрузки. Показания снимаются согласно требованиям п.8.2.2 ГОСТ 5686-2020 сразу после приложения нагрузки, затем последовательно три отсчета с интервалом 30 мин и далее через каждый час до условной стабилизации деформаций (затухания перемещения). В процессе испытаний ведется полевой журнал. Результатом проведения испытаний является отчет, подготовленный согласно требованиям ГОСТ 5686-2020, обязательной частью которого являются графические зависимости. На рисунках ниже приведены зависимости, построенные по результатам испытаний грунтов статической нагрузкой на сваи.
В общем случае, при испытании сваи статической вдавливающей нагрузкой можно выделить несколько основных типов кривых зависимости «нагрузка-осадка»:
В полевых исследованиях работы сваи под статической нагрузкой строятся кривые зависимости «нагрузка-осадка», которые служат характеристикой основных показателей в работе сваи с грунтовым массивом, а именно: сопротивление грунта по боковой поверхности и сопротивления грунта в основании сваи. После устройства сваи, ее выдерживают до 20 суток (в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-2020) для реализации несущей способности. Данное время получило название «время отдыха», характеризующееся периодом рассеивания избыточного давления в поровой воде. При этом, в глинистых грунтах после истечения времени отдыха происходит увеличение несущей способности за счет, а в песчаных грунтах (для забивных свай) некоторое снижение, за счет релаксации напряжений.
Метод испытания свай статической нагрузкой дает наиболее надежные результаты, а результаты испытания, как правило, выполняются на стадии строительства, поэтому такие испытания чаще всего выполняют функцию контрольного подтверждения ожидаемой несущей способности.
Однако, в ряде случаев испытания грунтов сваями необходимо производить для назначения несущую способность свай следует принимать по результатам испытаний свай статической нагрузкой. К таким случаям относятся: проектирование свай-стоек на основаниях, сложенных выветрелыми, размягчаемыми, со слабыми прослойками скальными грунтами, проектирования свай в просадочных грунтах второго типа и т.д.
Основные положения расчета несущей способности сваи в рамках проектирования изложены в технических нормативных документах СП 24.13330.2011 и др., в которых регламентируется определять несущую способность сваи Fd как сумму расчетного сопротивления грунта основания под нижним концом сваи и расчетного трения на ее боковой поверхности:
Fd = γс * (γсR * R * A + ∑γcf * fi * hi)
где, γс – коэффициент условий работы сваи в грунте; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; A – площадь опирания на грунт сваи, м2; u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м; fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа; hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; cR, cf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи.
Результаты
Результаты испытаний грунтов сваями оформляются в виде отчета, требования к подготовке которого должны отвечать требованиям ГОСТ 5686-2020. Отчет состоит из основной части и приложений, представленных в графической и табличной форме. Данные, полученные в ходе проведения полевых экспериментальных исследований, оформляются в виде графических зависимостей в соответствии с выбранной методикой проведения испытаний.
Основной графической зависимостью, установленной по результатам испытаний является график «осадка-нагрузка». Цель проведения испытаний — получить данные о фактической несущей способности сваи. Для испытаний на вертикальную и горизонтальную нагрузку существует единый подход к выбору критерия, за который следует принимать достижение сваей некоторой величины горизонтального перемещения или выхода сваи, для вдавливающих нагрузок данный подход зависит от жесткости и конструктивной схемы проектируемых зданий.
Для определения несущей способности сваи по грунту производится камеральная обработка результатов статических испытаний грунтов сваями. На основе оценки частного значение предельного сопротивления методами математической статистики устанавливается значение несущей способности сваи по результатам полевых испытаний Fd.
Часто задаваемые вопросы
Проведение статических испытаний включает приложение осевой нагрузки к оголовку исследуемой сваи посредством одного или нескольких гидравлических домкратов. Сила реакции передается на анкерные сваи, переходящие на растяжение при испытании на вдавливание или на сжатие при испытании на выдергивание.
Статическая нагрузка — это механическая сила, медленно прикладываемая к конструкции. Статические нагрузки не меняются со временем, а остаются постоянными. Это позволяет проводить испытания для определения максимальных нагрузок для таких конструкций, как мосты или перекрытия в многоэтажных домах.
Цель испытаний свай статическими нагрузками — проверить, соответствует ли несущая способность сваи расчетным нагрузкам, заданным в проекте свайного фундамента.
Статические испытания — самый точный способ для установления несущей способности сваи, при котором измеряют ее реакцию на приложенную нагрузку. Исследования определяют как предельную разрушающую нагрузку опорной конструкции, так и ее способность выдерживать нагружение без чрезмерного или непрерывного смещения.
Испытания динамической и статической нагрузкой используются для определения несущей способности свай. Испытание статической нагрузкой проводится путем постепенного наращивания нагрузки на сваю до установленоой величины и наблюдения за ее перемещением. Затем нагрузка удерживается на протяжении определенного периода времени, чтобы убедиться в стабилизации грунтов и отсутствии деформаций, испытание может длиться до 15 часов. Испытание динамической нагрузкой основывается на применении быстрого удара по оголовку сваи и затем измерения реакции сваи на удар. Этот метод более быстрый и менее затратный, чем испытание статической нагрузкой, но также менее точный. Результаты испытания динамической нагрузкой обычно сопоставляются с результатами статического испытания.
Согласно пункту 5.4 СП 24.13330.2011 СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ:
5.4 Для объектов повышенного и нормального уровней ответственности указанные в 5.2 и 5.3 работы рекомендуется дополнять испытаниями грунтов эталонными и натурными сваями.
Несущая способность — максимальная нагрузка, которую грунт может вынести без разрушения при сдвиге. Показатель получают через деление предельной несущей способности на коэффициент запаса прочности (обычно 2 или 3)
«Отдых» свай — это период времени между окончанием их забивки и началом добивки. «Отдых» конструкций нужен, чтобы в грунте восстановились структурные связи. Тогда при исследованиях будут получены точные сведения о несущей способности свай.
«Отдых» свай регламентирован п. 7.2.3 ГОСТ 5686-2020:
Продолжительность «отдыха» устанавливается программой испытаний в зависимости от состава, свойств и состояния прорезаемых грунтов и грунтов под нижним концом сваи, но не менее:
3 суток — при песчаных грунтах, кроме водонасыщенных мелких и пылеватых;
6 суток — при глинистых и разнородных грунтах.
Примечания
1. При прорезании песчаных (а также просадочных) грунтов в случае наличия под острием сваи крупнообломочных, плотных песчаных или глинистых грунтов твердой консистенции продолжительность «отдыха» допускается сократить до 1 суток.
2. Более продолжительный срок «отдыха» устанавливают:
— при прорезании водонасыщенных мелких и пылеватых песков — не менее 10 суток;
— при прорезании глинистых грунтов мягко — и текучепластичной консистенции — не менее 20 суток.
В зависимости от величины испытательной нагрузки в качестве пригруза можно использовать тяжелую дорожную технику, либо дорожные ж/б плиты, например ПДН 6000х2000х140. Вес одной плиты 4,2 тн.
Согласно п. 8.1 ГОСТ 5686-2020:
При испытаниях буровыми (буронабивными, буроинъекционными) и набивными сваями начало испытаний назначают не ранее достижения бетоном свай 80% проектной прочности (8-26 дней в зависимости от температуры бетона).
Работаем по всей России и СНГ
Отправьте нам ваш запрос
Алгоритм действий:
- 1) Вы звоните или оставляете нам заявку, заполнив форму обратной связи либо по e-mail
- 2) Мы составляем техническое задание и отправляем Вам на рассмотрение наше коммерческое предложение
- 3) Заключаем договор
- 4) Получаем предоплату по договору
- 5) Выезжаем на объект, проводим полевые, лабораторные испытания;
- 6) Выполняем камеральные работы
- 7) Составляем отчет о физико-механических характеристиках грунтов оснований, качестве уплотнения оснований и т.д.
- 8) Выдаем Вам готовый официальный отчет с печатью, подписями и свидетельством о допуске к особо опасным работам. И получаем доплату.