Испытания свай статической и динамической нагрузками

Испытание свай – динамические и статические способы

Еще задолго до начала строительства капитального сооружения производится целый комплекс мероприятий, обеспечивающих правильный выбор и дальнейшие расчеты конструктивных элементов, в частности, фундаментов. Испытание свай выполняется на этапе инженерных изысканий и контрольных проверок в период строительства. В процессе работ определяется несущая способность и возможные деформации, после чего данные сверяются с расчетными показателями, указанными в проектной документации. При необходимости, производится корректировка типа и габаритов свай, а также технологии их заглубления.

Общие положения

Полевые испытания свай проводятся до начала их массовой установки. Основным документом, регламентирующим порядок работы, является ГОСТ 5686-2012. На него ссылаются СНиП и СП, определяющие правильность расчетов и устройства свайных фундаментов.

Следует отметить, что данный государственный стандарт не охватывает грунтовые породы:

• крупнообломочные, в составе которых содержится объемных включений более 40%;
• набухающие либо засоленные, в случае требования их замачивания для проведения испытаний.

Рассматриваемый ГОСТ не имеет ничего общего с исследованиями, проводимыми в целях определения выносливости свай при возникновении сейсмических или нетипичных динамических нагрузок, появляющихся в процессе эксплуатации объекта.

Испытание грунта производится сваями:

• натурными, не отличающимися от обычных по размеру, материалу и конструкции;
• эталонными, представляющими собой составную оболочку из металла d=114мм, заглубляемую методом забивания;
• зондами – в виде металлических свай d=127мм с заостренными наконечниками и муфтами трения.

Соответствующие СНиП и ГОСТ допускают динамические и статические варианты испытания грунтов сваями. В процессе проверки определяется неоднородность погружения свай, а также зависимость их подвижек от временных факторов и нагрузок. Площадки и число точек испытаний определяется проектом, учитывающим наиболее характерные места застраиваемой территории.

Техническим заданием на проведение испытательных работ является специально составленная программа полевых испытаний.

Особенности динамических испытаний

Под динамическими нагрузками понимают воздействие ударов или вибраций на забивную сваю. Такой метод дешевле и проще статического варианта испытания, но он не подходит для винтовых и буронабивных свай.

Следует отметить, что динамические испытания свай выполняют после их заглубления и «отдыха», продолжительность которого находится в зависимости от грунтовых условий и назначается программой полевых испытаний. При забивке, согласно СНиП, должно применяться то оборудование, которое предполагается использовать в основных работах. Исследования определяют показатели:

• несущей способности – по отказу, принимаемому усреднено с учетом значений погружения сваи после одного удара или минутной вибрации;
• однородности грунтовых слоев – по сопротивляемости заглублению;
• возможности погружения на проектную глубину.

Итоги заносят в акт испытания свай динамической нагрузкой, а для установления стоимости работ составляется смета.

Особенности статических испытаний

Проверка производится с использованием вдавливающих или выдергивающих нагрузок, а также горизонтальных усилий. Как указано в СНиП, испытания забивных свай могут выполняться только после их «отдыха», а буронабивных или инъекционных – не ранее приобретения бетоном 80-процентной прочности.

В случае испытания свайной конструкции вдавливающими усилиями, воздействие на нее выполняют равномерно и безударно, но ступенчато. Данное условие касается как нагрузки, так разгрузки сваи. Все результаты фиксируются в соответствующем журнале.

Для контрольных испытаний забивных и буронабивных свай применяют принцип волновой теории удара, заключающийся в нанесении резкого мощного толчка подвесным молотом в направлении вертикальной оси, что способствует определению сопротивления грунта и моделированию осадки фундаментного ствола.

Статические испытания свай на выдергивающую нагрузку не используют для бетонных, винтовых, буронабивных, составных и уширенных книзу свай. Горизонтальные усилия прилагают как минимум в двух точках, фиксируя возможные отклонения свайного столба. Нагрузки в этом случае принимают не по таблицам СНиП, а по указанным в проектной документации расчетным показателям.

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.

В состав программы испытаний грунта сваями должно входить ТЭО (технико-экономическое обоснование), подтверждающее или опровергающее смысл проведения исследований.

Смета

Исходя из основного перечня работ, составляется смета, в которой перечисляется детальный список производимых мероприятий с расчетом их стоимости. В нее входит:

• тариф за перевозку оборудования;
• стоимость машино-смен на период работы;
• расценки за вынужденный простой во время монтажа и демонтажа механизмов;
• оплата испытания свай;
• дополнительные расходы, включающие затраты на топливо и амортизацию.

Согласно данным специализированных компаний, стоимость динамического испытания, подтвержденного лабораторным заключением, может составить не менее 8тыс.р. за одну сваю, а статического – более 40тыс.р.

ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

Для оценки возможности возведения объекта, а также с целью проверок свай при осуществлении строительных работ производятся испытания грунтов сваями. Это позволяет принять окончательное решение о типе фундамента на строительной площадке. Мероприятия выполняются на стадии технического задания при проектировании, а также при проектно-изыскательских работах. ГОСТ регламентирует требования к статическим и динамическим методам контроля, результат которых позволяет принять окончательное решение по конструкции фундамента.

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

Стадии работ

ГОСТ регламентирует обязательно выполнять статические испытания, а также динамические испытания свай на следующих стадиях:

• на этапе изысканий и выполнения проектных мероприятий с целью определения сечения, размеров, а также оценки, предусмотренной проектом несущей способности. Основываясь на результатах проведенных измерений, специалисты делают заключение о правильном расчёте параметров, а при несоответствии – выполняют повторный расчет;
• в ходе погружения и извлечения свай, что позволяет сопоставить с проектными данными реальную способность воспринимать усилия.

Таблица типов конструкций свай

Полученным в результате статического контроля измерениям характерна повышенная точность. Они более достоверны, чем данные, полученные при динамическом методе.

Задачи, решаемые при статической проверке

В полевых условиях испытательные мероприятия осуществляют для следующих целей:

• Выбора конструкции изделий, запланированных к использованию на возводимом объекте, определение их геометрических параметров, способности воспринимать усилия.
• Определения на практике возможности производить погружение свай на предусмотренную проектом глубину для данного вида почвы, оценки ее однородности.
• Определения величины перемещения свай пропорционально приложенным воздействиям в течение определенного стандартом времени.

Проверка свай статической нагрузкой осуществляется с целью подтверждения реальной способности изделий воспринимать суммарные усилия, предусмотренные проектом здания.

Способы статических испытаний

В зависимости от выбранного метода приложения усилия выполняют статические испытания, прилагая к контролируемому изделию знакопеременные нагрузки. Исходя из способа нагружения, подбирается необходимое оборудование:

• специальное нагружающее приспособление, представляющее собой домкраты гидравлического типа или платформу с грузом, вес которого можно регулировать. Допускается использование специальных натяжных муфт, лебедок;
• сборная конструкция из металлических балок и железобетонных плит с анкерами, передающая усилия на проверяемую конструкцию;
• измерительное устройство для контроля величины погружения под воздействием усилия. Устройство состоит из группы измерительных приборов, объединенных в один комплекс. Точность замеров должна обеспечиваться до 0,01 мм.

Схемы установок для испытаний грунтов статической вдавливающей нагрузкой представлены на рисунках В.1 и В.2.

Рисунок В.1 — Схемы установок для испытаний грунтов сваями, лист 1

Рисунок В.2, лист 2

Технология статических испытаний

Испытание свай, согласно требованиям стандарта, осуществляется по следующему алгоритму:

• Разрабатывается программа и методика выполнения проверки, содержащая информацию о максимальном передаваемом на конструкцию усилии, шаге распределения нагрузки, который должен составлять 10% от массы тарированного груза.
• Организация-проектировщик определяет количество изделий для испытания грунтов сваями, места их забивки.
• На будущем свайном поле производится забивка группы свай в зонах, соответствующих наихудшим, наиболее неблагоприятным условиям или местах, где произошли отказы при погружении.
• Производится установка нагружающей конструкции, комплекта оборудования, обеспечивающего передачу усилий.

Статические испытания свай

Проверка свай статической нагрузкой предусматривает три этапа работ:

• подготовку испытываемой опоры;
• производство испытаний;
• обработку полученной информации.

Процесс подготовки, согласно ГОСТ, предусматривает отлежку, то есть «отдых», срок которого составляет:

• 1 сутки, если погружение производится в плотные слои песка или крупнообломочные массивы.
• 3 дня для песчаных оснований.
• 6 дней для глинистой поверхности и разнородных масс.
• 10 дней для водонасыщенных и мелкодисперсных песков.
• 20 дней для текучих, пластичных и мягких глинистых фракций.

Испытание свай, согласно положениям документа, представляет собой последовательное увеличение нагрузки. Величина погружения в плотный массив грунта при первом цикле нагружения может составлять пятую часть от общей массы тарированного груза. Усилие прилагается при стабилизации положения после предыдущего цикла приложения нагрузки. Контроль значения осадки проверяют прогибомерами часового типа и электронными приборами, цена деления которых составляет 0,1 миллиметр. До приложения усилий данные всех приборов обнуляют и после каждого цикла воздействия нагрузкой контролируют показания всех приборов. Критерием стабилизации положения является перемещение на расстояние не более 0,1 миллиметр на протяжении последних 60-120 минут наблюдений.

В ходе проверки прилагаются пиковые значения усилий, при которых натурный образец проседает более 40 миллиметров, а эталонные изделия заглубляются в грунт на 20 мм и более. Значение усилия, при котором нагружение остановлено, является величиной частного предельного сопротивления.

Результаты замеров фиксируют в журнале наблюдений. После завершения испытаний вычерчивают графики, позволяющие сделать выводы о необходимом количестве опор, их геометрии, глубине заложения. Данные измерений являются основой для проектирования фундамента будущего здания.

Динамическая проверка

Она осуществляется с использованием специального оборудования, применяемого для погружения. При проверке отслеживается степень погружения в почву на каждый цикл воздействия молота. Постепенно погружаясь в грунт, опора воспринимает противодействие грунта. Оно выражается в том, что при заглублении уменьшается значение отказа. Данная проверка базируется на взаимосвязи импульса рабочей части оборудования и несущей способности конструкции.

При испытаниях осуществляется экспериментальная забивка, по результатам которой определяется оптимальная длина опор, выполняется оценка соответствия реального и теоретического значений отказа. Мероприятия позволяют определить несущие слои почвы, диагностировать слабые зоны свайного поля, оценить усилия, которые могут воспринимать забитые опоры. По завершении динамического контроля результаты оформляются графическим образом и характеризуют координаты положения в соотношении с приложенными усилиями.

Динамические испытания свай с установкой на них дополнительного веса

Указанный метод, по сравнению со статическим способом контроля, обладает рядом преимуществ:

• незначительными затратами, связанными с применением техники, имеющейся на объекте строительства;
• оперативностью выполнения работ, которые можно осуществить на протяжении одного рабочего дня;
• возможностью использования для испытаний любых видов изделий, независимо от их способности воспринимать приложенные усилия.

Недостаток динамического метода проверки – возможность завышения показателей противодействия нагрузкам, когда острие, проникая через тяжелые почвы, входит в легко сжимаемый, деформируемый слой почвы.

Стандарт рекомендует сопоставлять данные динамических замеров с показателями статических проверок. Данный способ проверки не применяется при обустройстве свайных оснований на легких песчаных грунтах.

Технология динамической проверки

Стандарт предписывает поэтапно осуществлять испытания грунтов сваями с применением динамического метода:

• Первоначально, до разработки проекта площадки застройки или перед выполнением забивки элементов. Мероприятия позволяют оценить степень неоднородности почвы на объекте будущего строительства.
• Следующая стадия динамического контроля осуществляется при забивке основных опор в грунт с целью определения их несущих характеристик. Этот этап позволяет выявить слабые участки на площадке, где забиваются опоры, определить несущие слои почвы.
• Заключительную динамическую проверку необходимо выполнять после окончания забивки для уточнения характеристик после «отлежки» изделий.

Интервал отлежки опор, предназначенных для установки в глинистых почвах, составляет не менее 6 суток, а для песчаных почв – три дня с момента завершения погружения в почву.

При забивке проверяемых опор с помощью молота контроль отказов позволяет определить силовые слои почвы, оценить способность погруженных в почву конструкций воспринимать усилия. Также выявляются проблемные зоны свайной площадки. Документ предусматривает выполнение проверочной забивки для измерения несущих характеристик после отлеживания. Для этого должен использоваться тот же молот, который применялся при забивке. Для глинистых почв необходимо выполнять короткие циклы ударов молота, обеспечивающие сохранить структуры грунта.

После завершения мероприятий регистрируется значение отказа, соответствующее уровню погружения опоры в почву после цикла воздействия. Предусмотренные стандартом расчеты позволяют определить силовую характеристику опоры. Точность полученных результатов прямо пропорциональна достоверности фиксации высоты молота, массы рабочей части. Необходимо учитывать вес насадки и погружаемой опоры. При обработке результатов измерений учитываются данные упругих погружений изделия и почвы после каждого удара.

Для контроля параметров при динамической проверке используется нивелир, контролирующий упругие перемещения опоры и почвы с точностью 1 мм. В ходе погружения экспериментальных и при приемочном контроле установленных опор выполняются динамические испытания свай, прошедших отлежку.

Нивелир работает с точностью до 1мм

Следует точно замерить высоту, с которой падает молот. При динамическом контроле это позволяет точно вычислить несущую способность. Контроль высоты осуществляется с использованием измерительной рейки, имеющий отметки с интервалом в 5 сантиметров. Она крепится к насадке или молоту, позволяет визуально с допуском 2 сантиметра определить высоту, с которой осуществляется опускание молота.

Стандарт четко регламентирует комплекс требований, выполнение которых позволяет определиться с видом фундамента для возводимого здания.

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”.

Испытания свай статической и динамической нагрузками

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

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.