Содержание
- Терминология и типы испытательных свай
- Стадии проведения испытаний
- Цели и задачи статических испытаний
- Методы и оборудование для статического нагружения
- Технология проведения статических испытаний
- Динамические испытания свай
- Технология динамической проверки
Испытания грунтов сваями — это ключевой этап инженерных изысканий, позволяющий оценить возможность и целесообразность возведения объекта на конкретной строительной площадке. Эти мероприятия помогают принять окончательное решение о типе и конструкции фундамента. Работы проводятся как на стадии проектирования (в рамках технического задания и проектно-изыскательских работ), так и в процессе самого строительства для контроля качества. Государственный стандарт ГОСТ 5686-2012 устанавливает строгие требования к методам полевого контроля — статическому и динамическому, — результаты которых являются основой для проектных решений.
Терминология и типы испытательных свай
Стандарт предусматривает использование для испытаний трех основных типов опорных элементов, каждый из которых служит своей цели:
- Натурная свая — это реальное изделие, идентичное тем, что будут использоваться в строительстве. Ее геометрические размеры, материал и технология установки (забивка, бурение с последующей заливкой бетона и т.д.) полностью соответствуют проектным условиям на площадке. Например, испытание буронабивной сваи подразумевает полный цикл ее устройства: бурение скважины, установку арматурного каркаса и опалубки, бетонирование.
- Эталонная свая — унифицированный элемент, имитирующий забивную сваю. Она собирается из составных металлических стержней диаметром 114 мм и имеет стандартную длину 12 метров. Ее использование позволяет сравнивать результаты на разных объектах.
- Свая-зонд — также сборная металлическая конструкция диаметром 127 мм, но оснащенная специальным полюсным наконечником и муфтой трения. Ее стандартная длина составляет 16 метров. Зонд предназначен для более детального изучения свойств грунта по глубине.
Конструктивные схемы эталонной сваи и сваи-зонда детально представлены на прилагаемых рисунках.
Рисунок А.1 — Схема конструкции сваи-зонда
Рисунок А.2 — Схемы конструкций эталонной сваи
Стадии проведения испытаний
Согласно ГОСТ, испытания являются обязательными на двух основных этапах:
- На стадии изысканий и проектирования — для определения оптимального сечения, длины и расчетной несущей способности свай. Результаты позволяют проверить и, при необходимости, скорректировать проектные расчеты.
- В процессе строительства — непосредственно при погружении или устройстве свай. Это позволяет в реальном времени контролировать соответствие фактической несущей способности опор проектным значениям и выявлять возможные проблемы на ранней стадии.
Таблица типов конструкций свай
Стоит отметить, что данные, полученные при статических испытаниях, считаются более точными и достоверными по сравнению с результатами динамического метода, так как они моделируют реальное, медленно возрастающее воздействие на грунт.
Цели и задачи статических испытаний
Проведение статических испытаний в полевых условиях решает несколько важных инженерных задач:
- Выбор типа и параметров свай: определение оптимальной конструкции, геометрических размеров и реальной несущей способности будущих опор фундамента.
- Оценка условий погружения: проверка возможности заглубления сваи на проектную глубину в данных грунтовых условиях и оценка однородности грунта по длине сваи.
- Изучение деформационных характеристик: определение зависимости осадки (перемещения) сваи от величины и времени действия приложенной нагрузки.
Таким образом, статическая проверка — это прямое экспериментальное подтверждение способности сваи выдерживать проектные нагрузки от будущего сооружения.
Методы и оборудование для статического нагружения
В зависимости от способа приложения нагрузки, статические испытания проводят с использованием различного оборудования, которое создает знакопеременные (вдавливающие, выдергивающие) усилия. В состав испытательной установки входят:
- Нагружающее устройство: гидравлические домкраты, регулируемые платформы с грузом, лебедки или специальные натяжные муфты.
- Силовая конструкция: система из металлических балок, железобетонных плит и анкеров, которая перераспределяет и передает усилие от нагружающего устройства на испытываемую сваю и окружающий грунт.
- Измерительный комплекс: набор высокоточных приборов (прогибомеров, датчиков перемещения) для контроля осадки сваи с точностью до 0,01 мм.
Типовые схемы таких установок для испытаний вдавливающей нагрузкой приведены на рисунках стандарта.
Рисунок В.1 — Схемы установок для испытаний грунтов сваями, лист 1
Рисунок В.2, лист 2
Технология проведения статических испытаний
Процесс статических испытаний, регламентированный ГОСТ, включает несколько последовательных этапов:
- Разработка программы: составляется детальная методика, в которой указывается максимальная испытательная нагрузка, шаг ее увеличения (обычно 10% от максимальной) и другие параметры.
- Подготовка свайного поля: проектировщик определяет количество и места забивки испытательных свай, как правило, в наиболее неблагоприятных зонах площадки.
- Монтаж оборудования: установка нагружающей конструкции и измерительной аппаратуры.
Статические испытания свай
Непосредственно испытание состоит из трех фаз: подготовка, проведение нагружения и обработка результатов.
Ключевой этап подготовки — «отлежка» (выдержка) сваи после погружения для восстановления природной структуры грунта. Срок отлежки строго нормируется в зависимости от типа грунта:
- Песчаные грунты (кроме мелких и пылеватых) — 1 сутки.
- Песчаные основания — 3 дня.
- Глинистые и разнородные грунты — 6 дней.
- Водонасыщенные пески — 10 дней.
- Текучие и пластичные глинистые грунты — 20 дней.
Само нагружение представляет собой ступенчатое увеличение нагрузки. На каждой ступени выдерживается давление до стабилизации осадки, которая фиксируется прогибомерами. Критерий стабилизации — осадка не более 0,1 мм за последние 1-2 часа наблюдений.
Испытания прекращаются при достижении частного предельного сопротивления. Для натурной сваи это момент, когда ее осадка превышает 40 мм, а для эталонной — 20 мм под действием приложенной нагрузки.
Все данные заносятся в журнал, а по итогам строятся графики «нагрузка-осадка». Эти графики являются основным документом, на базе которого принимаются окончательные решения о количестве, размерах и глубине заложения свай для фундамента проектируемого здания.
Динамические испытания свай
Динамический метод основан на анализе поведения сваи при забивке ее молотом. В процессе погружения с каждым ударом свая встречает возрастающее сопротивление грунта, что выражается в уменьшении величины «отказа» — глубины погружения за один удар. Метод базируется на связи энергии удара (импульса) и несущей способности сваи.
Динамические испытания позволяют решить ряд задач: определить оптимальную длину свай, оценить соответствие фактического отказа расчетному, выявить несущие слои грунта и слабые зоны на площадке, а также оценить несущую способность уже забитых опор.
Динамические испытания свай с установкой на них дополнительного веса
По сравнению со статическими, динамические испытания имеют ряд преимуществ:
- Экономичность: используются те же механизмы (копры, молоты), что и для основной забивки.
- Оперативность: испытания часто можно провести в течение одного рабочего дня.
- Универсальность: метод применим к сваям практически любой несущей способности.
Однако у метода есть и существенный недостаток: возможное завышение несущей способности. Это может произойти, если свая, пройдя плотный слой, попадает в мягкий, легко деформируемый грунт, но инерция удара еще какое-то время обеспечивает погружение. Поэтому стандарт рекомендует всегда сопоставлять динамические данные со статическими. Также динамический метод не рекомендуется применять на рыхлых песчаных грунтах.
Технология динамической проверки
Динамические испытания проводятся в три этапа, соответствующих разным стадиям строительства:
- Предварительные испытания (до проектирования или начала массовой забивки): для общей оценки неоднородности грунтов на площадке.
- Испытания в процессе забивки: для контроля несущей способности основных свай, выявления слабых зон и определения несущих слоев.
- Контрольные испытания после «отлежки»: для уточнения несущей способности свай после восстановления структуры грунта. Сроки отлежки аналогичны статическим испытаниям: не менее 6 суток для глинистых и 3 суток для песчаных грунтов.
Ключевой измеряемый параметр — отказ. Его точное измерение после серии ударов позволяет рассчитать несущую способность. Точность расчета напрямую зависит от точности учета массы молота и ударной части, веса сваи и наголовника, а также от фиксации упругих деформаций сваи и грунта.
Для измерений используется нивелир, контролирующий перемещения с точностью до 1 мм. Особое внимание уделяется замеру высоты падения молота, для чего применяют измерительную рейку с делениями в 5 см, закрепляемую на оборудовании.
Нивелир работает с точностью до 1мм
Таким образом, ГОСТ 5686-2012 устанавливает комплексную и детальную систему полевых испытаний грунтов сваями. Строгое следование этим требованиям обеспечивает надежное обоснование для выбора типа и параметров фундамента, что является залогом долговечности и безопасности будущего сооружения.
Originally posted 2016-11-22 09:05:11.