Как испытывать сваи для фундамента статической и динамической нагрузкой

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

). 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).

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.

Терминология

Стандартом предусмотрено использование для испытаний трех типов опорных элементов:

• Натурного образца, представляющего собой реальное изделие, используемое при обычном строительстве. Геометрические размеры, материал, из которого оно изготовлено, а также способ установки полностью соответствуют фактическим условиям площадки застройки. В частности, если натурный образец запланирован для контроля буронабивного фундамента, то его монтаж должен производиться с учетом правил и технологии монтажа аналогичных элементов. В данном случае должно осуществляться бурение шахты, установка опалубки, армирование, заливка бетона.
• Эталонной сваи, выполненной из составного металлического стержня, который имитирует стандартное изделие забивного типа и имеет диаметр 114 мм. Собранный из отдельных сегментов эталон имеет длину 12 метров.
• Сваи-зонда, изготовленной из составных металлических элементов диаметром 127 миллиметров. Отличается наличием полюсного наконечника, оснащается муфтой трения. Собранный зонд имеет длину 16 метров.

Схемы конструкций эталонной сваи и сваи-зонда представлены на рисунках А.1 и А.2.

Рисунок А.1 — Схема конструкции сваи-зонда

Рисунок А.2 — Схемы конструкций эталонной сваи

Динамика в испытаниях

Тестирование свай под динамической нагрузкой дает возможность сравнить и сопоставить теоретические данные отказов опорных конструкций с фактическими данными.

При динамических тестированиях выявляется не только отказ, но и проводится глубокий анализ грунта. Как правило, во время испытаний всплывает множество нюансов, которые не были учтены в теоретических расчетах (несмотря на то, что грунт, его поведение под нагрузкой сваи было просчитано согласно всем требованиям). При динамических испытаниях строятся графики и диаграммы, отображающие поведение опор в нагрузочном режиме.

В отличии от статических испытаний динамические обладают следующими преимуществами:

• Они довольно компактны, не требуют длительных подготовок;Не требуют лишних трат времени на простаивание;Применимы ко всем видам опор;

Однако, из недостатков, следует заметить, что динамические испытания довольно часто дают несколько завышенные показатели несущих способностей.

Это происходит тогда, когда свая проходит своей острой частью в более мягкие слои грунта. Следует заметить, что статические испытания тоже не безупречно точны в таких случаях. Вариантов решения этой проблемы есть два:

• Внести в расчеты поправки, отображающие мягкий слой грунта;Не использовать при испытании мягкую почву (это не всегда можно реализовать).

Это важно!

Динамические испытания нельзя применять также в тех случаях, когда фундаментные конструкции возводятся на грунтах, содержащих большое количество сыпучих песочных почв.

Технология проведения статических испытаний свай

Схема разметки свайного фундамента.

Процесс всегда начинается с определения количества испытуемых свай, будущих мест их забивки. И только после этого в некоторых определенных местах погружают несколько пробных свай. Все испытания во время забивки и приемки производятся на сваях, которые расположены в местах с самыми худшими для этого объекта грунтовыми условиями либо давших наибольший отказ при забивке.

Испытания грунта статической нагрузкой следует начать после ее отдыха. Для тех свай, которые погружены другими способами, начало испытаний определяют программой таких испытаний, но не раньше, чем через сутки после погружения. Во время испытаний набивными (буронабивными) сваями начало испытаний назначают не раньше достижения бетоном 80% прочности. Проведение испытаний талых грунтов статической вдавливающей нагрузкой выполняют равномерно, без каких-либо ударов, ступенями нагрузки, значение и количество коих устанавливает программа испытаний. При заглублении всех нижних концов подобных натурных свай в крупные обломочные грунты, плотные пески и глинистые грунты твердой консистенции допускают первые 3 ступени нагрузки принимать равными 1/5 всей нагрузки.

Схема испытания свай статической нагрузкой.

Перед осуществлением любых статических испытаний следует тщательно спланировать поверхность выбранного грунта вокруг наиболее опытной сваи. Загрузочный предмет монтировать так, чтобы обеспечить точно центральное приложение строго вертикальной нагрузки. Пробная свая обязательно должна иметь нужную прочность материала, которая обеспечит получение всех требуемых характеристик и особенностей несущей способности грунта. А при необходимости голову сваи усиливают при помощи внешней обоймы. Непосредственно перед испытанием элементы должны отстояться какое-то время. Это делается для того, чтобы восстановились все структурные связи в грунтах и, соответственно, пробная свая показала наиболее реальный результат. Время-отдых перед всеми испытаниями согласно ГОСТ составляет:

• отдых 1 сутки – когда под острием свай есть крупнообломочные грунты либо плотные пески;
• отдых 3 суток – срок, рассчитанный для песчаных грунтов;
• отдых 6 суток – для глинистой почвы и разнородных грунтов;
• отдых 10 суток – для песков, насыщенных водой.

Зачастую отдых должен быть 6-7 дней со времени забивки.

Схема устройства фундамента на винтовых сваях.

Для того чтобы измерить осадки испытываемых свай, устанавливают индикаторы почасового типа, имеющие цену деления 0,01 мм. Появляющиеся реактивные усилия, которые возникают при нагружении любой испытываемой сваи, передаются сразу через систему балок непосредственно на анкерные сваи. Для регистрирования возможного выдергивания и выпада анкерных элементов статистической нагрузкой на каждый элемент устанавливают по 2 индикатора часового типа, имеющих деление 0,01 мм. С учетом возможного удлинения верхушки арматурного каркаса любое выдергивание анкерных свай в момент испытания не должно быть больше 0,2 см.

Перед всеми нагружениями берут нулевые отсчеты и количество по всем имеющимся приборам. И на каждой ступени перед статической нагрузкой снимают также отсчеты по всем имеющимся приборам. За критерий некой условной стабилизации деформации перед нагрузкой обычно принимают скорость осадки свай на этой ступени нагружения, которая на превышает 0,1 мм за последние 60 либо 120 мин наблюдений. А за частное значение самого предельного сопротивления испытываемых элементов статистической нагрузкой принимают нагрузку, при которой уже прекращено нагружение элементов.

ПОГРУЖАЕМЫЕ СВАИ, СВАИ-ОБОЛОЧКИ, ШПУНТ

11.7. Работы по погружению свайных
элементов в пределах акватории допускается производить при волнении не более
одного балла, если применяют плавучие краны и копры водоизмещением до 500 т,
и не более 2 баллов – при большем водоизмещении, а самоподъемные платформы –
при волнении не более 4 баллов.

11.8. Секции свайных элементов,
используемые для наращивания погружаемых свай или свай-оболочек, подлежат
контрольному стыкованию на строительной площадке для проверки их соосности и соответствия проекту закладных деталей стыков
(в пределах установленных допусков) и должны быть замаркированы и размечены
несмываемой краской для правильного их присоединения (стыкования) на месте
погружения.

11.9. В начале производства работ по
забивке свай следует забивать 5-20
пробных свай (число устанавливается проектом), расположенных в разных точках
строительной площадки с регистрацией числа ударов на каждый метр погружения.
Подсчет общего числа ударов на погружение остальных свай не производится.
Однако для свай длиной более 25
м дополнительно должна производиться регистрация числа
ударов на каждый метр на последних трех метрах погружения. Результаты
измерений должны фиксироваться в журнале работ.

11.10.
В конце погружения, когда фактическое значение отказа близко к расчетному, производят его измерение. Отказ свай в конце
забивки или при добивке следует измерять с
точностью до 0,1 см.

При забивке
свай паровоздушными одиночного действия или дизельными молотами последний
залог следует принимать равным 30 ударам, а отказ определять как среднее
значение из 10 последних ударов в залоге. При забивке свай молотами двойного
действия продолжительность последнего залога должна приниматься равной 3 мин,
а отказ следует определять как среднее значение глубины погружении сваи от
одного удара в течение последней минуты в залоге.

11.11.
Сваи с отказом больше расчетного должны подвергаться контрольной добивке после «отдыха» их в грунте в соответствии с ГОСТ
5686-78. В том случае, если отказ при контрольной добивке
превышает расчетный, проектная организация должна установить необходимость
контрольных испытаний свай статической нагрузкой и корректировки проекта
свайного фундамента или его части.

11.12.
При вибропогружении свай или свай-оболочек
продолжительность последнего залога принимается равной 3 мин. В течение
последней минуты в залоге необходимо замерить потребляемую мощность
вибропогружателя, скорость погружения с точностью до 1 см/мин и амплитуду
колебания сваи или сваи-оболочки с точностью до 0,1 см – для возможности
определения ее несущей способности.

11.13.
При вибропогружении железобетонных свай-оболочек и
открытых снизу полых круглых свай следует принимать меры по защите их
железобетонных стенок от образования продольных трещин в результате
воздействия на них гидродинамического давления, возникающего в полости
свайных элементов при вибропогружении в воду или
слабый разжиженный грунт. Мероприятия по предотвращению появления трещин
должны быть разработаны в ППР и проверены в период погружения первых свай-оболочек.

11.14.
На последнем этапе погружения сваи-оболочки в целях предотвращения
разуплотнения грунта основания в полости свай-оболочек необходимо оставлять
грунтовое ядро высотой по проекту, но не менее 2 м от низа ножа оболочки в
случае применения гидромеханизации и не менее 0,5 м при применении
механического способа удаления грунта.

11.15.
Перед погружением стальной шпунт следует проверить на прямолинейность и
чистоту полостей замков протаскиванием на стенде через 2-метровый шаблон.

Замки и
гребни шпунтин при подъеме их тросом необходимо
защищать деревянными прокладками.

11.16.
В процессе погружения шпунта разность отметок нижних концов соседних
забиваемых шпунтин должна быть не более 2 м для плоского шпунта и не
более 5 м
для других профилей шпунта.

11.17.
При устройстве замкнутых в плане конструкций или ограждений погружение шпунта
следует производить, как правило, после предварительной его сборки и полного
замыкания.

11.18.
Извлечение шпунта следует производить механическими устройствами, способными
развивать выдергивающие усилия в 1,5 раза превышающие усилия, определенные
при пробном извлечении шпунта в данных или аналогичных условиях.

Скорость
подъема шпунта при их извлечении не должна превышать 3 м/мин в песках и 1
м/мин в глинистых грунтах.

11.19.
Предельная отрицательная температура, при которой допускается погружение
стального шпунта, устанавливается проектной организацией в
зависимости от марки стали и способа погружении.

Отказ ложный отказ и отдых сваи сп

Также причиной нулевой продуктивности забивки сваи может стать отток воды от контактирующих со стенками сваи грунтов, в результате чего возрастает сила «сухого» трения почвы о ствол сваи. Рис 1.3: Схема оттока грунтовых вод при забивке свай В таком случае погружение сваи прекращается на определенный срок от 3 до 7 дней.

1. Рекомендации Рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов с погружением свай до заданной отметки
2. Залог сваи
3. Отказ при забивки свай
4. Основные термины и определения
5. Технология устройства свай
6. Отказ сваи
7. Расчет отказа свай
8. Глава V. ФУНДАМЕНТЫ ИЗ ЗАБИВНЫХ СВАЙ И ШПУНТОВЫЕ ОГРАЖДЕНИЯ
9. Журнал забивки свай
10. Расчет отказа сваи

Глава V.

Отказ сваи

• Масса ударной молота. • Упругость отказов стержня. — М — коэффициент, зависящий от вида грунта

— А — площадь сечения сваи — Sel- упругий отказ сваи — Ed — расчетная энергия вибропогружателей или удара молота — m1 — масса молота или вибропогружателя — m2 — масса сваи и наголовника — m4 — масса ударной части дизель молота — Sa — остаточный отказ сваи

Расчет отказа сваи при забивке

Это величина, на которую опора готова погружаться.

Ложный отказ сваи может произойти из-за медленного или слишком часто ритма забивания опоры.

Также такую задержку могут вызвать особенности слоев грунта. В любом случае, если остановка погружения происходит до выхода на заданную расчетную глубину, или до отметки залога, то следует продолжать работы. Истинный отказ сваи является конечной целью.

Благодаря проектным работам и предпроектным изысканиям удается выявить эту отметку и необходимо на неё выходить.

Определение проектного отказа свай

В дорожном строительстве с такими усло­виями приходится встречаться при возведении фундаментов опор мостов и других водопропускных сооружений.

Перемычками называют временные сооружения, предназначенные для ограждения места постройки фундамента от поверхностных вод.

Перемычки используют не только для постройки фундамента, но и для возведения дру­гих частей сооружения, расположенных ниже горизонта вод.

Отказ залог сваи

Кроме этого, важно точно провести геологические изыскания на объекте и вычислить глубину отказа сваи – так удастся оптимально использовать возможности свайного основания и предотвратить его разрушение. Проектный отказ сваи это определенный на основе множества исходных данных уровень грунта, на котором погружение сваи становится проблемным

Отказ измеряется в миллиметрах.

Важным понятием в производстве забивных работ является залог сваи.

Это величина, на которую опора готова погружаться.

Отказ сваи: понятие и расчеты

Это явление называется ложным отказом сваи.

Расчётный отказ – величина сугубо проектная.

При достижении данной величины свая погрузится до определённой отметки и сможет нести определённую нагрузку. Фактический отказ сваи нужен для того чтобы сравнивать его с расчётным отказом.

Для расчёта несущей способности свай сначала проводят всевозможные испытания:

1. Статистическое зондирование.
2. Испытание свай (статистические и динамические).
3. Исследование грунтов.

Расчёт производится согласно СНИП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Где:

1. Sel — упругий отказ сваи
2. m4 — масса ударяемого элемента;
3. m1 — масса ударяемого приспособления;
4. Ed — расчётная энергия от удара молота по стержню
5. m2 — масса стержня и наголовника;
6. А – поперечная площадь сваи;
7. Sa — остаточный отказ сваи
8. М – специальный коэффициент категории грунтов;

Что такое отказ сваи при забивке

Суть этого принципа заключается в следующем: измерения производятся после определённого числа ударов, а полученное значение потом делится на их количество.Измерение залога сваи зависит от типа сваебойного механизма.

Если он оснащен дизельным молотом одиночного типа, то измерения можно производить после 10 ударов.При применении гидромолота лучше опираться не на количество ударов, а на время работы механизма.

Расчетный период чаще устанавливается в минуту. Затем требуется узнать, сколько ударов произвел гидромолот за отведенное время, а после разделить полученную глубину сваи при забивке на число ударов.В современном строительстве сваи можно не только вбивать, но и вдавливать. Для этого используются специальные механизмы.

Так как гидромолот не приспособлен наносить удары по свае, залог также рассчитывается исходя из времени его работы. С таким устройством работы выполняются в несколько приёмов.

Что входит в программу полевых испытаний

На основании определенного перечня документации, различных характеристик и требований составляется программа испытания грунтов сваями. ГОСТ указывает, что на этапе инженерных изысканий должны учитываться:

• результаты аналогичных исследований, проводившихся ранее для близрасположенных зданий;
• прогноз возможного изменения гидрогеологических условий;
• конструктивные особенности проектируемого объекта;
• расчетные нагрузки на конструкцию фундамента;
• проектные отметки низа ростверка и уровень планировки территории;
• предполагаемые перемещения фундаментных конструкций с учетом эксплуатационных условий.

Программа для контрольных испытаний грунтов сваями составляется, опираясь на принятые в проектной документации:

• виды и габариты свай;
• варианты погружения конструкций;
• расчетные усилия и нагрузки;
• грунтовые условия площадки.

В число регламентируемых ГОСТ пунктов программы входит:

• количество подвергаемых проверке конструкций;
• точки испытаний в плане;
• максимальные нагрузки, минимальные перемещения и деформации;
• способы и глубина погружения, включая проектный отказ;
• продолжительность «отдыха» или набора прочности для буронабивных свай;
• схемы испытательных установок, направленность и характер нагрузок.

Одно из приложений ГОСТ указывает требуемое количество исследуемых точек. При динамических способах испытаний – до 1% всех свай, но более шести штук. При вдавливающих статических усилиях – до 0,5%, но более двух единиц, а при выдергивающих – более 2% или трех свай. Подобные требования выдвигает и СНиП.

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

Условные обозначения:

1 – испытываемая свая

2 – анкеpная свая

3 – pепеpная система с пpогибомеpами

4 – домкpат с манометpом

5 – система упоpов, балок

7 – опоpа

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.