Строительство уникальных, технически сложных объектов связано с передачей значительной нагрузки на грунты основания. В большинстве случаев на данных объектах применяют сваи большого диаметра, выполненные по различным технологиям. Нагрузки, которые передаются на такие сваи составляет порядка от 2000 тс до 6000 тс. Контрольные испытания статической вдавливающей нагрузкой по оценке фактической несущей способности сваи с высокой точностью могут быть проведены методом Остерберга с помощью силовых ячеек (O-cell test), другое название данного способа – метод погруженного гидравлического домкрата (МПГД).
Данная методика проведения статических испытаний является самой сложной в техническом отношении, требующей от инженеров — геотехников высоких инженерных навыков и большого опыта выполнения данных работ. Это связано с тем, что второго шанса испытать данную конкретную сваю (специально устраивается для испытаний и не находиться в свайном поле) уже не будет. Рассмотрим ниже наиболее подробно данную методику испытаний грунтов сваями.
Испытание грунтов сваями методом погружного гидравлического домкрата (МПГД) позволяет проводить испытания для определения несущей способности, как отдельных инженерно-геологических элементов, так и в целом всей боковой поверхности сваи и/или пяты.
При испытаний свай МПГД силовую ячейку устанавливают непосредственно в тело испытываемой сваи. Силовая ячейка представляет собой систему калиброванных гидравлических домкратов, объединенных в один модуль. Силовая ячейка разделяет испытуемую сваю на две части: верхнюю (Верхний Испытуемый Элемент — ВИЭ) и нижнюю (Нижний Испытуемый Элемент — НИЭ).
Силовая ячейка соединена гидравлическими шлангами с гидронасосом, установленным на поверхности. Насос создает давление в домкратах силовой ячейки.
При увеличении нагрузки происходит раскрытие силовой ячейки и вертикальное перемещение испытуемых элементов. Величина перемещения фиксируется датчиками перемещения (например часового типа), а возникающие в процессе перемещения напряжения – тензометрами, установленными в тело сваи на разных уровнях.
Поэтапное увеличение давления в силовой ячейке создает на оба элемента равную по величине осевую нагрузку, которая воспринимается боковым трением в ВИЭ и сопротивлением под подошвой и боковым трением в НИЭ. В процессе нагружения оба элемента подвергаются деформации сжатия, вследствие действия силовых факторов происходят перемещения. Величины деформаций и перемещений регистрируются комплексом измерительной аппаратуры.
Максимальная нагрузка FMAX при испытаниях устанавливается проектной организацией, с учетом суммарной нагрузки на сваю по боковой поверхности и под пятой (несущая способность).
Чем больше нагрузки и трудозатратнее производство анкерной конструкции, тем выгоднее испытания с помощью гидравлических погружных домкратов.
Испытания продолжаются до момента достижения одного из параметров:
- Предела поверхностного трения или бокового сдвига;
- Предельной несущей способности;
- Максимальной мощности силовой ячейки.
Целью испытаний методом погруженного гидравлического домкрата (ГОСТ 5686-2012 -методом самозаанкеривающейся сваей-штампом) является:определение несущей способности одиночной сваи;
- определение несущей способности одиночной сваи;
- определение трения по боковой поверхности, несущей способности сваи по боковой поверхности в каждом инженерно-геологическом элементе (ИГЭ);
- определение несущей способности грунта в основании пяты сваи;
- определение перемещений одиночной сваи от действия статической нагрузки;
- подтверждение эффективности принятой технологии устройства свай направленной на обеспечение требуемой несущей способности сваи в грунтовых условиях площадки строительства, изготовленных в условиях инженерно-геологического разреза, характерного для данного проекта.
Методика испытаний
В соответствии с выбранной методикой проведения испытаний, в заранее пробуренную скважину устанавливается одна или две силовые ячейки. Силовая ячейка – система, состоящая из нескольких домкратов и обеспечивающая их совместную работу. Важнейшей характеристикой которой является ее грузоподъемность, которая регулируется количеством домкратов. Суммарная нагрузка, развиваемая ячейкой, калибруется заранее. После установки ячейки производится бетонирование сваи по всей ее длине.
Контролируемая нагрузка в силовой ячейке создается посредством гидравлического давления от насоса / маслостанции, находящейся на поверхности и соединенной с силовой ячейкой маслопроводом (РВД). Давление контролируется прецизионным электронным манометром, откалиброванным в общей схеме гидравлической системы.
Рассмотрим методику проведения испытаний методом МПГД и схему работы испытуемой сваи с двумя силовыми ячейками:
Испытываемые сваи состоят из трех фрагментов: Нижний Испытуемый Элемент (НИЭ), Средний Испытуемый Элемент (СИЭ) и Верхний Испытуемый Элемент (ВИЭ).
Поэтапное увеличение давления в силовой ячейке создает равную по величине осевую нагрузку на все испытуемые элементы, относительно нагружаемой силовой ячейки.
1 этап.
При нагружении Н.Я. осевые нагрузки воспринимаются боковым трением в ВИЭ+СИЭ и сопротивлением под подошвой и боковым трением в НИЭ, при этом В.Я. остается заблокированной (на неё не подается давление). Проводится первый цикл нагружения. В качестве иллюстрации, режим первого цикла нагружения представлен на рисунке.
Нагружение ячейки мощностью 10МН
Критерием завершения испытания методом Остерберга в целом, является два условия:
- перемещения основания составляет более величины, указанной в программе проведения испытаний (как правило, в качестве предельных значений выбирают величину осадки 40-60 мм)
- перемещение оголовка составляет более 10мм (критерий реализации сил споротивления грунта по боковой поверхности)
Данные критерии отражают «срыв» сваи и будут остановлены.
В противном случае переходим ко второму этапу нагружения.
2 этап.
При нагружении Н.Я. осевые нагрузки воспринимаются боковым трением в ВИЭ+СИЭ и сопротивлением под подошвой и боковым трением в НИЭ, при этом В.Я. остается заблокированной (на неё не подается давление). Проводится первый цикл нагружения. В качестве иллюстрации, режим первого цикла нагружения представлен на рисунке.
Нагружение ячейки мощностью 20МН
В процессе нагружения все элементы подвергаются деформации сжатия, вследствие действия силовых факторов происходят перемещения. Величины деформаций и перемещений регистрируются комплексом измерительной аппаратуры, описанной ниже.
Полученные в процессе нагружения результаты измерений позволяют строить графики зависимости «нагрузка – деформация – напряжение – время нагружения», которые, в свою очередь, интерпретируются различными, принятыми в мировой практике, методами до получения предельной несущей способности сваи по грунту. Данные измерений тензодатчиков, установленных в ВИЭ, СИЭ и НИЭ, позволяют рассчитать удельное трение (сопротивление) по боковой поверхности сваи в пределах ИГЭ и удельное сопротивление под пятой сваи.
Оборудование
Силовая ячейка, состоит из серии гидравлических домкратов, соединенных в единую гидравлическую систему, и 2-х опорных металлических плит диаметром 1850 мм и толщиной 70 мм каждая. Суммарная высота ячейки составляет 650 мм.
Должна быть оснащена необходимыми элементами для установки измерительной аппаратуры. Насос / маслостанция должна иметь предельное давление не менее 700 бар и должна быть оснащенная автономной системой контроля давления. Гидравлическая система должна быть оснащена поверенным манометром с точностью измерений – 0,2 бара. Перед отправкой к потребителю вся гидравлическая система нагружения (в сборе) должна быть опробована техническим контролем.
Технология проведения испытаний методом МПГД
Перед проведением испытаний проводят обследование ствола сваи на сплошность бетона методом ультразвуковой дефектоскопии, например, прибором CHUM (производитель: Piletest), через четыре инспекционные трубы (установленные заранее) в шести сечениях. Компания «ТАМАНЬГЕОТЕСТ» применяет аппаратуру американского производства CHUM, которая соответствует стандарту ASTM D6760-08. (ASTM – американский «ГОСТ»). На этапе, предшествующим испытаниям также проводят следующие виды работ: Силовым ячейкам передается давление, необходимое для разрыва / разрушения установочных технологических шпилек и бетонной оболочки в месте установки силовых ячеек, которая образовалась в процессе бетонирования сваи. Момент разрыва фиксируется датчиками деформации. После получения разрушения вся измерительная аппаратура обнуляется и выдерживается в таком состоянии 15 минут – в программу записываются нулевые значения всех приборов. Нагрузка на испытываемую сваю создается серией гидравлических домкратов, установленных в силовой ячейке. Величина нагрузки определяется по тарированному манометру, установленному в гидросистеме «домкрат – насосная станция». Нагружение испытываемой сваи производится равномерно, без ударов, ступенями. Ступени нагрузки/разгрузки в соответствии с требованиями п.8.2 ГОСТ 5686.201
Обработка и интерпретация полученных результатов
Все полученные во время испытания данные обрабатываются специальными программами и сводятся в отчетные таблицы.
На основании обработанных и скорректированных данных строятся различные графики и зависимости, позволяющие сделать дальнейшую интерпретацию и расчет параметров, таких как: предельная несущая способность испытуемых элементов по грунту, удельное трение по боковой поверхности сваи в испытуемых интервалах ИГ разреза, а также предельная достигнутая несущая способность под основанием сваи.
Результатами испытаний являются:
- получение несущей способности каждого испытуемого элемента и суммарной несущей способности одиночной сваи по грунту;
- графики перемещения для каждого испытуемого элемента как функция приложенной статической нагрузки;
- подтверждение эффективности принятой технологии устройства свай направленной на обеспечение требуемой несущей способности сваи.
Интерпретация графиков «осадка-нагрузка» позволит определить предельную несущую способность испытуемых элементов.
По результатам выполненного испытания, Заказчик получает отчет, который должен быть составлен в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-2012, ASTM D 1143 п. 9, а также дополняться специальными графическими материалами и расчетами, подкрепленными фотодокументами.
Часто задаваемые вопросы
Перед началом испытаний гидравлическим домкратом в скважине устанавливают арматурный каркас с силовыми ячейками Остерберга. Ячейки интегрируются в каркас и разделяют сваю на верхние и нижние элементы. Готовые домкраты калибруются и помещаются в сваю. Для закрепления сваи система наполняется бетоном.
Для проверки свай большого диаметра применяют метод двунаправленной нагрузки (O-cell), который отличается от традиционных статических испытаний тем, что домкрат размещается в другом месте, и не требуется использовать анкерные конструкции на поверхности земли.
Согласно методу Остерберга, установка силовой ячейки происходит до начала строительства или забивки свай, и по завершении испытаний ее мощность остается неизменной. Силовая ячейка является одноразовым устройством, которое не может быть восстановлено после проведения испытаний.
Оставьте ваши контактные данные, и мы свяжемся с вами в течение нескольких ближайших часов