Вопрос-ответ

Стандартные испытания свай на статическую нагрузку чаще всего проводят при нагрузке, равной 1,5 или 2 кратной расчетной несущей способности одиночной сваи. Увеличение нагрузки выше этих значений редко оправдано и может лишь привести к потере времени и денег. Тем не менее, в случае необходимости перепроектирования конструкции, данные, полученные при более высокой нагрузке, могут быть полезны. Если испытания проводятся для уточнения проектных данных, их рекомендуется доводить до отказа сваи для разработки наиболее эффективной конструкции. В ряде случаев плановые испытания на сваях различных типов, размеров и длин могут быть достаточны для принятия проектных решений.

Горизонтальные нагрузки – это динамические воздействия, которые действуют параллельно поверхности грунта. Примеры включают ветровые и сейсмические нагрузки, давление воды и грунта, а также другие условные нагрузки.

Если передаваемые на сваи горизонтальные нагрузки превышают 5 % вертикальных, то должны проводиться испытания горизонтальной нагрузкой.

Испытание горизонтальной нагрузкой проводится для оценки несущей способности боковой поверхности сваи. Хотя основное назначение свай – передача вертикальных нагрузок на грунт, они также могут подвергаться значительным горизонтальным нагрузкам, например, от землетрясений, ветра, воды и давления грунта. Особенно это важно для свай, используемых в высоких сооружениях, таких как дымоходы, башни, высотные здания, мосты и подпорные стены. В процессе испытаний оценивается эффективность передачи нагрузок, боковая жесткость грунта, реакция сваи и предел бокового сопротивления.

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.

Число испытуемых свай при строительстве должно составлять: 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.

Количество испытаний свай определяется проектом в зависимости от сложности грунтовых условий, величины нагрузок, передаваемых на основание и числа типоразмеров свай. Для определения несущей способности свай по результатам полевых испытаний для каждого объекта строительства сооружений класса КС-3 и КС-2 рекомендуется проводить: статические испытания свай и свай-штампов - до 1% от общего числа свай на объекте, но не менее трех для сооружений класса КС-2 и четырех - для сооружений класса КС-3.

При применении свайных и комбинированных свайно-плитных фундаментов следует выполнять испытания свай статическими нагрузками в объеме, зависящем от их общего числа и неоднородности основания, но не менее четырех испытаний сваями на фундамент высотного здания.

Испытания грунта могут быть выполнены как при приложении статической нагрузки к верхнему концу сваи согласно ГОСТ 5686, так и методом опускных домкратов.

При проведении испытаний грунта сваями механические характеристики грунта уточняются путем обратных расчетов. Для этого сваи должны быть снабжены системой датчиков, позволяющих фиксировать распределение усилий и перемещений вдоль конструкции сваи. Их число и расстояние между ними выбирается исходя из размеров свайного фундамента (поперечные размеры и длина), нагрузок и грунтовых условий таким образом, чтобы можно было определить сопротивление по боковой поверхности сваи и нижнему концу, а также выполнить обратный расчет для определения уточнения механических характеристик грунта.

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).

Определение несущей способности свай необходимо для установления предельной величины нагрузки, которую должна выдерживать опора после погружения в плотные слои грунта. В процессе исследования учитывают материал изготовления сваи и свойства почв на площадке застройки.

Две составляющих: несущая способность за счет бокового трения и сопротивление под торцом сваи. В зависимости от того, какая составляющая больше, свая называется" висячей", либо "сваей-стойкой".

Несущая способность сваи на выдергивание – это способность опоры противостоять выдергивающим нагрузкам. Она определяется собственным весом и поверхностным трением сваи, при этом опорная часть сваи в расчет не включается, так как предполагается движение сваи вверх. Эта характеристика особенно важна для противодействия выдергивающим усилиям от ветра, сейсмическим воздействиям и отрицательной силе трения.

Выдергивающая сила – это восходящее усилие, которое прикладывается к конструкции и может вызвать её подъём относительно окружающей среды. Такие силы могут возникать из-за давления грунта, ветра, воды, а также других факторов.

Ячейка Остерберга (O-cell) представляет собой мощное подъемное устройство с гидравлическим приводом, установленное внутри фундамента. Она работает в двух направлениях: вверх против бокового сдвига и вниз против торцевой опоры, что позволяет разделить эти сопротивления. Ячейка создает статическую нагрузку без необходимости использования подвесных рам или внешних реактивных систем.

Просадка грунта часто возникает вследствие человеческой деятельности, такой как удаление воды, нефти, природного газа или полезных ископаемых из-под земли, а также из-за природных процессов: землетрясений, уплотнения почвы, ледниковой изостатической регулировки, эрозии и других факторов.

Просадочные грунты – это сухие, малоплотные, илистые грунты с высоким содержанием пустот, которые резко изменяют свои свойства при увлажнении или дополнительной нагрузке. Такие грунты распространены в эоловых, лессовых и других отложениях, встречающихся в засушливых и полузасушливых районах.

Продолжительность "отдыха" сваи перед динамическими испытаниями зависит от свойств грунтов:

• Не менее 3 суток – в песчаных грунтах, за исключением водонасыщенных мелких и пылеватых песков.

• Не менее 6 суток – в глинистых и разнородных грунтах.

Динамическое испытание проводят для 1% от общего числа свай на объекте, но не менее 6 свай.

Динамические испытания проводятся путём многократного удара молотом по оголовку сваи с контролем её реакции. При каждом ударе компрессионная волна заставляет сваю вдавливаться в грунт, фактически проверяя её на прочность. Испытания продолжаются до достижения отказа сваи.

Динамическое испытание свай является более экономичным и быстрым по сравнению со статическим, но результаты имеют аналогичный коэффициент надежности при правильном применении.

Отказ сваи – это предельное значение глубины её погружения в грунт при забивке. Фактический отказ не должен превышать расчетное значение.

Осевая нагрузка действует вдоль оси конструкции (центральная или с эксцентриситетом), в то время как горизонтальная нагрузка прикладывается перпендикулярно к оси.

Испытание на боковую нагрузку сваи проводится с помощью гидравлического домкрата, который устанавливается между сваей и горизонтальной опорной балкой или платформой.

Сейсмоакустическое тестирование свай (SIT) — это распространенный метод проверки целостности и длины свай, устанавливаемых в грунт, а также стальных свай, погружаемых методом забивки или вибропогружения. Это неразрушающее испытание с низким уровнем деформации (low strain analysis), основанное на анализе отраженных акустических волн в материале.

Для обнаружения дефектов до того, как произойдет дальнейшее повреждение. Данный метод можно использовать для испытаний бетонных или деревянных свай любой формы и просверленных стволов. 

Основные плюсы буронабивных свай:

• Возможность установки на глубину ниже уровня промерзания грунта и сезонных колебаний влажности.

• Минимизация объема земляных работ и последующей обратной засыпки.

• Снижение разрушения соседнего грунта.

• Низкий уровень вибраций, что уменьшает воздействие на соседние сваи и конструкции.

Буронабивные свайные фундаменты формируются непосредственно на месте и служат для поддержки конструкций, передавая их нагрузку на слои грунта с подходящими характеристиками несущей способности и осадки.

Ультразвуковая дефектоскопия включает три основных метода: эхо-импульсный, сквозной и резонансный.

Испытание на целостность свай при низкой нагрузке — это неразрушающий метод диагностики, позволяющий оценить целостность буронабивных свай, просверленных стволов, а также забивных бетонных и деревянных свай. При наличии значительных дефектов результаты анализа могут помочь определить их размер и расположение.

Испытание заключается в измерении и анализе реакции сваи на вызванное ударным устройством изменение скорости на поверхности оголовка сваи. Регистрация отклика осуществляется с помощью датчика движения, например, акселерометра, закрепленного на оголовке сваи.

Согласно стандарту ASTM D 582, исследования на целостность свай следует выполнять через семь дней после заливки бетона или после достижения им 75% проектной прочности.

Штамповые испытания рекомендуется проводить на объектах повышенной и нормальной ответственности для оценки деформационных свойств грунтов. Эти испытания дополняют исследования с использованием прессиометров.

• Устанавливают штамп на выбранной отметке.

• Прикладывают давление к штампу с помощью гидравлического домкрата через грузовую платформу.

• Давление прикладывают ступенями, фиксируя осадку на каждом этапе.

• Испытания завершаются при стабилизации осадки или когда интенсивность осадки значительно превышает предыдущую.

Преимущества:

• Точный метод оценки деформационных свойств грунтов.

• Применим для различных типов грунтов: скальных, глинистых и песчаных.

• Минимальное количество необходимых испытаний на площадке.

Недостатки:

• Зона влияния испытания ограничена глубиной, в два раза превышающей ширину штампа.

• Для плотных песчаных грунтов результаты могут быть заниженными.

Несущая способность грунта – это его способность воспринимать нагрузки. Она зависит от типа грунта, его прочности на сдвиг, плотности и глубины приложения нагрузки.

Гравий и крупный песок обладают высокой несущей способностью и минимальной деформируемостью при равномерном распределении нагрузки.

Грунты с низкой несущей способностью включают илы, органические глины, торф, заторфованные грунты, насыпные грунты и другие слабые грунты, не обладающие достаточной несущей способностью.

Для определения модуля деформации используют методы, которые можно разделить на прямые и косвенные. Прямые методы включают использование штампов и прессиометров, которые позволяют получить данные непосредственно. Косвенные методы основаны на других полевых испытаниях и применяют корреляционные зависимости вместо прямых расчетов по теории упругости, что делает их менее точными. 

Радиальное прессиометрическое испытание — это метод, используемый для определения деформационных свойств грунтов. С его помощью можно получить параметры деформируемости грунта. В случае наличия данных штамповых испытаний возможно выявление анизотропии грунта. Дополнительный анализ результатов прессиометрии позволяет оценить степень уплотнения грунта, определить модуль сдвига при малых деформациях, а также различные значения модуля упругости Е. Процесс испытания включает бурение скважины и установку прессиометрического зонда на заданной глубине.

Георадар (GPR) — это геофизический инструмент, применяющий радиоволны для создания изображений подземных объектов с минимальным вмешательством в поверхность. Его ключевое преимущество заключается в возможности точно определить расположение подземных коммуникаций без необходимости раскопок.

С помощью георадара можно обнаружить различные подземные коммуникации, такие как газовые и электрические линии, телекоммуникационные кабели, водопроводные трубы. Он способен идентифицировать материалы, из которых изготовлены эти объекты, включая различные типы труб, кабелей и оптоволокон.

Работа георадара основана на передаче электромагнитных импульсов в грунт с определенной периодичностью. Эти импульсы отражаются от подземных объектов и улавливаются антенной. Анализируя силу и задержку отраженных сигналов, можно определить глубину залегания и характеристики объектов. Георадар также помогает создавать карты подземных структур, оценивая их размеры, форму и глубину.

При высокой проводимости грунта, глубина проникновения сигнала уменьшается, так как электромагнитная энергия быстрее рассеивается в виде тепла, что приводит к снижению мощности сигнала на глубине.

В условиях низкой проводимости, таких как сухой песок или гранит, георадар может проникать на глубину до 30 метров. В средах с высокой проводимостью, таких как влажные глины или сланцы, глубина проникновения может уменьшиться до 1 метра или даже меньше.

Геофизические методы используются для мониторинга состояния грунта путем измерения его электрических, магнитных и сейсмических свойств. К основным подходам относятся скважинная, наземная и межскважинная геофизика.

Геотехнические исследования фокусируются на плотности грунта, уровне грунтовых вод и общем состоянии участка, что важно для проектирования строительства. Геофизические исследования, в свою очередь, предоставляют данные о внутренней структуре грунта, помогая выявить возможные риски без необходимости бурения.

Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) грунтов — это метод, позволяющий определить удельное сопротивление слоев грунта. Этот одномерный подход обеспечивает детализированное понимание геологического строения участка с использованием минимального количества оборудования и специалистов.

Электротомография удельного сопротивления (ERT) — это геофизический метод, применяемый для измерения удельного сопротивления грунтов с использованием постоянного тока. В процессе исследования создается электрическое поле, и сопротивление различных материалов в грунте определяется по изменениям электрического напряжения.

Измерение удельного сопротивления грунта необходимо для разработки эффективной системы заземления на новых объектах. Эти испытания помогают определить, насколько хорошо грунт сопротивляется прохождению электрического тока, что важно при создании безопасной инфраструктуры.

Высокое удельное сопротивление грунта свидетельствует о его способности снижать электрический ток. Этот показатель варьируется в зависимости от состава, влажности и температуры почвы. С увеличением влажности сопротивление снижается до определенного минимума.

Метод ERT (электротомография) позволяет оценить изменения удельного сопротивления грунта по горизонтали и вертикали. Этот метод используется для картирования геологических особенностей, таких как литология, наличие грунтовых вод, зоны разломов, а также для определения загрязнений. ERT также подходит для картирования глубины залегания и формы коренных пород, а также для обнаружения полостей, например, пещер или карстовых воронок.

Геофизические исследования могут проводиться с поверхности, через скважины или в сочетании с установкой источников и детекторов в грунте. Методика зависит от цели исследования, доступных ресурсов и геологических условий участка.

В процессе проведения геотехнического мониторинга используются различные устройства, такие как инклинометры, пьезометры, датчики наклона, лазерные измерители, трещиномеры, тензометры, датчики давления и нагрузки, отвесы, скважинные и магнитные экстензометры, приборы для измерения просачивания и уровня воды в резервуарах, а также сейсмографы. Для удобства сбора данных применяются переносные считывающие устройства и автоматизированные системы сбора данных.

Геотехнический мониторинг представляет собой комплексное исследование, включающее анализ грунтовых условий и подземных вод. В ходе мониторинга выполняется отбор образцов грунта и воды для последующего лабораторного анализа. Это позволяет спрогнозировать, как грунт и подземные воды отреагируют на запланированные изменения в строительных проектах.

Уплотнение грунта выполняется для повышения его прочности на сдвиг и жесткости, а также для уменьшения пористости. Эти меры способствуют увеличению несущей способности грунта, снижают вероятность будущих осадок и уменьшают проницаемость основания.

Для уплотнения грунта на строительных объектах применяются:

• дорожные катки с гладкими вальцами;

• кулачковые дорожные катки;

• пневмоколесные катки;

• вибрационные катки;

• вибротрамбовки.