Испытание свай динамической нагрузкой
Динамические испытания
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.
Динамическое испытание свай имеет несколько преимуществ перед статическим испытанием свай. Динамическое испытание свай – более мобильно, не требует высоких затрат, применяется к любым видам свай независимо от их несущей способности, не повреждает работоспособность свай.
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 фундмента 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 специальный прибор — отказомер. Точность фиксируемых упругих перемещений сваи и грунта отказомером равна 1 мм. Во время забивки пробных свай и при контрольных испытаниях (приемка забитых свай) динамические испытания свай принято проводить лишь после «отдыха» свай.
V.3.8. Методы испытания свай
V.3.8.а. Испытания свай динамической (ударной) нагрузкой
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.
Отказомер и его применение на свайных работах. Труды НИИОСП
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.
Рис. V-19. График зависимости осадки от нагрузки при статических испытаниях сваи
а — ступень нагрузки; б — осадка за ступень; в — общая осадка от 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.
Рис. V-20. Установка для статических испытаний свай конструкции ГПИ Фундаментпроект
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.
Рис. V-21. Схемы размещения опытных и анкерных свай при испытании статической нагрузкой
а — кустовое расположение свай; б — рядовое расположение свай; I — четыре анкерные сваи; II — шесть анкерных свай; 1 — балочная клетка; 2 — реперные уголки; А — испытываемые (опытные) сваи; Б — реперные сваи; В — анкерные сваи; Г — прогибомеры
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 статической нагрузкой дает прямой ответ на вопрос о несущей способности одиночной сваи в зависимости от ее осадки под нагрузкой. Однако кроме статического метода сваи испытывают и под динамической нагрузкой.
Испытание динамической нагрузкой выполняется после «отдыха» свай. В зависимости от состояния свай, затраченной работы молота при забивке, полученных отказов с учетом упругих перемещений в грунтах и свае при забивке и добивке определяют несущую способность свай.
Несущая способность свай по результатам испытания динамической нагрузкой определяется по формуле Н. М. Герсеванова.
Достоверность динамических испытаний зависит от точности определения веса ударной части молота и высоты его падения (энергии удара), веса сваи и наголовника, отказа сваи и упругой его части, а также от некоторых дополнительных факторов.
Вес ударной части молота убычно принимается в соответствии СНиП Ш-Б.6-62. Энергия удара молота наиболее просто определяется для механических молотов и молотов одиночного действия.
Величина энергии дара при контрольной добивке свай дизель-молотами, согласно требованиям действующих норм, должна быть максимальной, однако для расчетов принимается энергия по заводскому паспорту при средней рабочей высоте падения ударной части.
Целесообразно производить динамические испытания свай молотами с фиксированной высотой подъема ударной части. В этом случае высоту подъема принимают по паспорту молота.
Измерение отказа сваи и упругой его части проводят с помощью различных измерительных инструментов и приборов. Для этих целей используют приборы различных конструкций: механические, электромеханические и др. Наиболее простыми являются механические приборы — отказомеры. Запись упругих и остаточных деформаций грунта и сваи производится карандашом прибора, горизонтально перемещаемого по планшету, прикрепленному к свае. Точность регистрации перемещения свай прибором составляет 1 мм.
Для испытания свай динамической нагрузкой обычно применяют сваебойное оборудование, которое используется на, свайных работах.
Динамические испытания свай позволяют решить ряд задач при проектировании, строительстве и приемке работ. В процессе пробной забивки свай устанавливают рациональную длину свай и проверяют соответствие фактического отказа проектному. При забивке рабочих свай наблюдение за изменением отказов позволяет выявить несущие слои грунта, дать относительную оценку несущей способности забитых свай и выявить слабые участки свайного поля. При контрольной добивке, которая обычно производится в процессе приемки работ, выявляют изменение несущей способности сваи в результате «отдыха» после забивки, что позволяет получить достоверные данные предельного сопротивления свай. Продолжительность «отдыха» свай принимается: в песчаных грунтах -не менее 3 суток, в связных грунтах — не менее 6 суток.
Данные по испытанию свай — наименование сооружения, номера свай, характеристика сваи (материал, длина, размеры поперечного сечения, время изготовления), глубина погружения, характеристика молота и наголовника, характеристика прибора для измерения отказа, время начала, конца и перерыва в забивке свай, отметки дна котлована, верха и острия сваи, грунтовых вод, состояние верха сваи и т.п. — должны быть указаны в акте динамического испытания, который ведется по следующей форме.
Источник