Статические испытания грунтов сваями

Для чего нужен отдых сваи перед испытаниями

Отдых сваи — это процесс, который выполняется перед проведением испытаний свай статической нагрузкой. Этот процесс включает в себя предоставление свае возможности «отдохнуть» или приспособиться к окружающему грунту в течение определенного периода времени. Цель этого периода - убедиться, что свая достигла своей предельной несущей способности и минимизировать любые зависящие от времени или поведения грунтов воздействия на сваю.
При первой установке сваи может наблюдаться некоторое начальное оседание, так как грунт вокруг сваи приспосабливается к новой нагрузке. Однако со временем свая может продолжать оседать под воздействием таких факторов, как консолидация грунта, изменение влажности и т.д. Такое зависящее от времени поведение может повлиять на несущую способность сваи и привести к неточным результатам испытаний.
Продолжительность периода отдыха зависит от различных факторов, таких как тип грунта, размер и форма сваи. Как правило, период отдыха сваи может составлять от нескольких дней до нескольких недель, в зависимости от требований проекта и грунтовых условий на площадке. Позволяя свае отдохнуть перед испытанием, можно получить более точные и надежные результаты. Период отдыха позволяет свае стабилизироваться и приспособиться к окружающему грунту.
Важно отметить, что не все проекты по испытанию свай требуют отдыха свай. Решение о проведении испытаний после отдыха зависит от различных факторов, таких как требования проекта, грунтовые условия площадки и тип испытываемой сваи. Чтобы определить, необходимо ли отдых свай для конкретного проекта, следует проконсультироваться с квалифицированным инженером.
Помимо отдыха сваи, важно также убедиться, что свая должным образом подготовлена и оснащена приборами перед проведением испытания статической нагрузкой. Это включает очистку головы сваи, установку прогибомеров, а также правильное размещение анкерных свай. При соблюдении надлежащих процедур испытаний можно получить более точные и надежные результаты, что поможет обеспечить безопасность и стабильность системы фундамента.

Преимущества испытаний статической нагрузкой

Основное преимущество статических испытаний перед другими методами оценки несущей способности свай, такими как динамические испытания и теоретические расчеты, заключается в том, что они обеспечивают прямое измерение несущей способности сваи. Эта информация может быть использована для определения пригодности сваи для использования по назначению и для оценки безопасности конструкции.
Испытания статической нагрузкой используются для измерения поведения сваи под действием приложенной нагрузки. Статическая постоянная нагрузка (ступенчато возрастающая) прикладывается к свае медленно и с малой деформацией, и измеряется перемещение сваи. Именно из-за этого более медленного и более точного процесса считается, что этот вид испытаний даёт наиболее точные результаты при измерении несущей способности сваи.
Еще одним преимуществом испытания статической нагрузкой является то, что его можно проводить в любых грунтовых условиях и на всех типах свай, а при необходимости также возможны испытания на выдергивания и горизонтальную нагрузку. Так же преимуществом является то, что они могут проводиться на существующих конструкциях, предоставляя ценную информацию о несущей способности существующих свай. Эта информация может быть использована для поддержки, восстановления и модернизации существующих конструкций, обеспечивая их постоянную безопасность и стабильность.
Стоит также отметить, что статические испытания могут использоваться в сочетании с другими методами неразрушающего контроля, такими как сейсмоакустическая и ультразвуковая дефектоскопия, для более полной оценки сваи. Например, использование сейсмоакустической и ультразвуковой дефектоскопии позволяет получить информацию о внутренней структуре сваи и наличии каких-либо дефектов или повреждений, в то время как статические испытания позволяют получить информацию о несущей способности сваи.
В некоторых случаях сочетание методов может быть наилучшим вариантом, обеспечивающим более полную оценку сваи. Например, динамические испытания могут быть использованы для получения информации о динамической реакции сваи, а статические испытания и ультразвуковая дефектоскопия - для получения информации о несущей способности и внутренней структуре сваи.
Интерпретация результатов любого из этих методов должна выполняться опытными и квалифицированными инженерами, которые обладают знаниями и опытом для оценки результатов и определения пригодности и безопасности сваи.
Важно отметить, что выбор подходящего метода оценки свай зависит от конкретных обстоятельств и требований каждого проекта. Такие факторы, как размер и тип сваи, условия нагрузки, расположение и доступность сваи, а также ограничения бюджета и времени, играют роль в определении наиболее подходящего метода.
Испытания статической нагрузкой являются ценным инструментом для оценки несущей способности свай. Они могут использоваться в сочетании с другими методами неразрушающего контроля и теоретическими расчетами для всесторонней оценки качества свай.

Сложности испытаний и недостатки метода

Хотя испытания статической нагрузкой являются важным процессом, они также могут быть сложными и комплексными. Испытательное оборудование должно быть правильно откалибровано, а процесс испытания должен тщательно контролироваться для обеспечения точных и надежных результатов. Интерпретация результатов испытаний также требует специальных знаний и опыта. Поэтому важно работать с квалифицированными специалистами, которые имеют опыт проведения испытаний и соблюдают все требования и рекомендации нормативных документов.
Главной проблемой данных испытаний является, их продолжительность. В некоторых случаях испытания длиться до 7 дней. Испытательное оборудование должно быть правильно откалибровано, а процесс испытания должен тщательно контролироваться для обеспечения точных и надежных результатов. Поэтому обычно рассматривают альтернативные варианты, для площадок, где требуется испытание большого количества свай (например, промышленные предприятия) применяют метод использующий принципы волновой теории удара (PDA), когда необходимо испытать сваи на большие нагрузки, например прибрежное строительство (причалы, мосты) или на морское строительство (нефтяные и газовые платформы или ветряные электростанции) используют метод Остерберга ( O-cell). Статические испытания дороги в проведении, но обеспечивают точными данными о поведении свай под нагрузкой

Различие фактической несущей способности сваи и расчетных величин

Основные положения расчета несущей способности сваи в рамках проектирования изложены в технических нормативных документах СП 24.13330.2011 и др., в которых регламентируется определять несущую способность сваи Fd как сумму расчетного сопротивления грунта основания под нижним концом сваи и расчетного трения на ее боковой поверхности:

Fd = γс * (γсR * R * A + ∑γcf * fi * hi)

где, γс – коэффициент условий работы сваи в грунте; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; A – площадь опирания на грунт сваи, м2; u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м; fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа; hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; cR, cf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи.

Вместе с тем, исследования в области оценки несущей способности свай, выполненные для различных методов их устройства, предлагают различные поправочные коэффициенты, учитывающие те, или иные, технологические операции при устройстве свай.

Многие исследователи отмечают неудовлетворительную сходимость между расчетной и фактической величинами несущей способности свай по грунту. Во многом это связано с несоответствием фактических сопротивлений грунта по боковой поверхности свай с теоретическими. Это связано, в первую очередь с тем, что табличные значения сопротивления, представленные в нормативных документах не зависят напрямую от параметров прочности грунта, а назначаются в соответствии с его физическим состоянием грунта — показателем консистенции. При этом при устройстве свай, выполненных по различным технологиям происходят такие процессы, как изменения давления в поровой воде и скелете грунта, нарушение структурных связей в грунте под действием напряжений, возникновение «грунтовой рубашки» при забивке свай. Из этого следует сделать вывод об изменении влажности грунта, следовательно, и его физического состояния, как при непосредственном устройстве сваи (влажность повышается), так и в процессе отдыха грунта после устройства свайного поля (влажность грунта снижается).

Важным результатом данного сравнения является то, что на этих графиках отмечено преимущественное изменение величин трения по боковой поверхности зонда. Представленные графики характеризуют физическое состояние грунтов – показатель консистенции IL. Из этого следует сделать вывод об изменении влажности грунта как при непосредственном устройстве сваи (влажность повышается), так и в процессе отдыха грунта после устройства свайного поля (влажность грунта снижается). Количественно этот процесс во времени, при периодическом зондировании грунта на протяжении 10 месяцев был отмечен в полевых условиях и представлен в статье Дьяконова И. П. [28]. По показателю консистенции IL в современной практике определяется несущая способность свай, а значит, по степени изменения этого показателя можно судить о степени снижения несущей способности сваи на момент изготовления.

Для определения фактической несущей способности компанией «ТАМАНЬГЕОТЕСТ» было выполнено стандартное испытание вдавливающей нагрузкой в глинистом грунте полутвердой консистенции. Нагрузка прикладывалась гидравлическим домкратом, упирающимся в распределительную балку, прикрепленную к анкерным сваям. Критерием остановки испытания были назначена достигнутая сваей осадка в 4 см или до «срыва» сваи. Нагрузка прикладывалась ступенями по 10% от максимальной нагрузки. Результат испытания сваи статической вдавливающей нагрузкой представлен на рисунке. За фактическую несущую способность сваи принята нагрузка 130 тс. (предыдущая ступень перед «срывом» сваи). Соответствие ожидаемой и фактической несущей способности составило 30%!

На основе результатов статистической обработки результатов испытаний 57 свай, выполненных по технологии «Fundex» в условиях слабых грунтов Дьяконовым И. П. и проф. Мангушевым Р. А. получено, что при использовании существующей расчетной методики фактические значения несущей способности оказываются ниже расчетных величин на 40%.

На основе исследований работы забивных свай проф. Винниковым Ю. Л. и Яковлевым В. С. установлено, что расчет выполненный по отечественным нормам занижает величину несущей способности свай в среднем для песков средней крупности на 29%, мелких на 35%, а пылеватых на 47%.

Исходя из вышеизложенного, следует сделать вывод о необходимости совершенствования расчетных формул, изложенных в нормативных документах. Для повышения достоверности и надежности получаемых проектных решений при проектировании свайных фундаментов необходимо опираться на результаты полевых экспериментальных исследований их работы. Наиболее надежным методом из которых является проведение испытаний статической нагрузкой на сваи.
Во многих проектах полевые испытания учитываются только тогда, когда что-то идет не так, и это может считаться бременем как для проектировщиков, так и для подрядчиков. Тем не менее, мы рассматриваем испытания свай как инструмент, который в профессиональных руках поможет проектным организациям оптимизировать затраты на строительство фундаментов в определенных грунтовых условиях и показать преимущества одного типа свай над другим.
Наш опыт показывает, что для того, чтобы действительно воспользоваться преимуществами, испытания должны быть проведены с самого начала, когда сваи проектируются или во время строительства, чтобы убедиться, что сваи соответствуют техническим условиям.

Этапы работ ООО НИЦ «ТАМАНЬГЕОТЕСТ» по проведению статических испытаний грунтов сваями (далее статических испытаний свай):

Составление и согласование программы испытаний

В соответствии с ГОСТ 5685-2012 разработка программы испытаний является обязательной. Требования к содержанию программы испытаний содержатся в ГОСТ 5686, а также в своде правил по проектированию свайных фундаментов. В программе необходимо отразить методику проведения испытаний в соответствии с фактическими грунтовыми условиями площадки строительства, обосновать ту или иную схему проведения испытаний (испытания при помощи балок и анкерных свай, грузовой платформой, ударной нагрузкой или методом волновой теории удара, самозаанкеривающимся сваей-штампом или методом погруженного гидравлического домкрата). Особенно важно обосновать максимальную нагрузку, которую необходимо достигнуть в процессе испытаний, а также определиться с критерием завершения испытаний. В отдельных случаев вместе с программой разрабатывается программа производства работ.

После составления программы испытаний, она направляется Заказчику для согласования. После утверждения программы испытаний наступает второй этап – проведения испытаний.

Проведение испытаний в соответствии с разработанной программой

Перед непосредственным проведением испытаний с фиксаций показаний выполняется комплекс подготовительных работ, который включает в себя подготовки свай к испытаниям, монтаж нагрузочной системы, проверка качества работ (например, контроль сварных соединений), установка измерительного оборудования. Перед началом проведения испытаний Исполнитель уведомляет Заказчика и представителей технического надзора. В процессе испытаний ведется полевой журнал отвечающий требованиям ГОСТ 5686-2012. Журнал заполняется обязательно ручкой, но не карандашом.

Обработка результатов полевых испытаний, составление отчета

Камеральная обработка полевых экспериментальных исследований выполняется с целью определения частного значения предельного сопротивления сваи с построением обязательных (требование ГОСТ 5686-2012) графических зависимостей. Определенные таким образом частные значения предельного сопротивления сваи (для каждой сваи в отдельности) необходимы для оценки несущей способности сваи. Между данными величинами существует взаимосвязь:

Fd = γcFu,n / γс,g, [ф. (7.18), СП 24.13330.2011]
где γc — коэффициент условий работы сваи; в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок γc = 1; Fu,n — нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН; γc,g — коэффициент надежности по грунту. Коэффициент надежности по грунту определяется на основе статистической обработки данных частных предельных сопротивлений свай по грунту в соответствии с ГОСТ 20522-2012 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний».

Результатом работ по исследованию несущей способности свай по грунту в полевых условиях (натурных условиях) является технический отчет (далее отчет). Отчет состоит из текстовой и графической части. Требования к оформлению графиков испытаний свай содержаться в приложениях ГОСТ 5686-2012. Важным требованием в построению графиков «осадка-нагрузка», или перемещения сваи от времени по ступеням нагружения является масштаб графиков. Например, в соответствии с п. 8.7.2 ГОСТ 5686-2012 масштаб графиков при испытании натурной сваи статической вдавливающей нагрузкой принимают равным по вертикальной оси — 1 см к 1 мм осадки сваи, а по горизонтальной оси 1 см соответствует 50 кН нагрузки; 1 мм, равный 10 мин выдержки нагрузки. Существует ряд исследований посвященных влиянию масштаба графика на интерпретацию результатов, например определение «срыва» сваи. Влияние эффекта выражено сильнее для свай, испытанных в слабых грунтах. В зависимости от выбранного масштаба, несущая способность сваи по грунту может быть занижена, что ведет к недоиспользованию резервов грунта основания. Принятый в ГОСТе масштаб обоснован исследованиями, проведенными в ЛИСИ (СПбГАСУ).

В выводах и рекомендациях отражается информация о несущей способности сваи по грунту, определенной по результатам испытаний, а также делается проверка (для случая контрольных испытаний) выполнения условия по первой группе предельных состояний.

Испытания в просадочных грунтах

Определение несущей способности свай по результатам статических испытаний в просадочных грунтах

Просадкой является вертикальное перемещение, нарастающее в результате деформаций, развивающихся в процессе замачивания грунтов основания при напряжениях от собственного веса грунта и веса сооружения. Грунт, проявляющий данное свойство, относится к особому виду структурно неустойчивых грунтов, данный грунт называется просадочным. Отличительной особенностью строительных свойств просадочных грунтов является их высокая пористость (пористость достигает 50%, коэффициент пористости > 1) и высокое значение коэффициента фильтрации. Данные грунты обладают, как правило, твердой и полутвердой консистенцией. По числу пластичности чаще относятся к суглинкам. Просадочность является одной из характерных особенностей лессовых грунтов (осадочная горная порода, по генезису, как правило, относятся к эоловым грунтам). Данные грунты преобладают в районах Краснодарского края, Ростовской области.

До 1930 г., в отечественной и зарубежной технической литературе лессовые грунты относили к грунтам, обладающими благоприятными строительными свойствами, однако, исследованиями Ю.М. Абелева на основе проведения штамповых испытаний с замачиванием выявило неизвестную раннее их особенность – явление просадки, а именно дополнительной осадки, вызванной замачиванием грунта основания.

Специалисты компании «ТАМАНЬГЕОТЕСТ» в своей практической деятельности часто сталкиваются с задачами, связанными с оценкой несущей способности свай в просадочных грунтах. На просадочность оказывают влияние механический и менералогический состав лессовых грунтов, наличие водно-растворимых соединений. Н.М. Герсеванов отмечал, что» степень просадочности лессовидных грунтов под влиянием замачивания неоднородна. Некоторые из них обладают этим свойством в сильной степени, подвергаясь осадкам при замачивании под влиянием лишь собственного веса, другие дают осадки только под влиянием давления возводимых на них построек, наконец, третьи совсем не склонны давать просадки при замачивании».

В дальнейшем, в нормах проектирования оснований зданий и сооружений, а также свайных фундаментов был принят подход, при котором выделяется два типа проявления просадочных свойств грунтов. Первый тип по просадочности характеризуется только просадкой от действия внешней нагрузки, при этом величина внешнего давления должна быть больше характеристики начального просадочного давления psl, определенного по результатам компрессионных испытаний по схеме «двух кривых». Второй тип просадочности – просадка, возникающая под действием давления от собственного веса грунта при замачивании.

Необходимость проведения статических испытаний свай в грунтах, обладающих просадочными свойствами

Согласно п. 9.12 СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 (с Опечаткой, с Изменениями N 1, 2, 3) «проведение статических испытаний свай в грунтах II типа по просадочности является обязательным при отсутствии фондовых материалов по таким испытаниям».

В соответствии с п. 9.11 несущая способность Fd, кН, свай в грунтовых условиях II типа по просадочности, работающих на вдавливающую нагрузку определяется по результатам статических испытаний свай с локальным замачиванием. При этом необходимо провести серию испытаний на вдавливающую (проектная длина сваи) и выдергивающую нагрузку (длина сваи равна мощности просадочной толщи) и определить несущую способность сваи по грунту как разность между несущей способностью свай на вдавливающую нагрузку и несущей способностью свай на выдергивающую нагрузку.

Проведение статических испытаний свай для грунтов I типа необходим в том случае, если отсутствует опыт строительства на застраиваемой территории. Согласно п.9.7 несущую способность свай, применяемых в грунтовых условиях I типа следует определять по результатам проведенных статических испытаний с локальным замачиванием грунта в пределах всей длины сваи.

Методика проведение статических испытаний свай в просадочных грунтах с локальным замачиванием

Проведению статических испытаний свай с замачивание предшествует большой объем подготовительной работы. Методика проведения испытаний с замачиванием подробно изложена в ГОСТ 5686-2012.

Испытания свай с замачиванием являются наиболее трудоемкими и дорогостоящими в сравнении с другими видами полевых испытаний. Это связано еще и с тем, что помимо большого объема подготовительных работ, связанных с бурением, расходом воды и временем замачивания, лабораторным контролем степени водонасыщения грунта, понадобиться устройство дополнительных свай, так как испытуемые сваи должны устраиваться за пределами свайного поля в соответствии с требованиям ГОСТ 5686-2012. Согласно п 4.6 ГОСТ 5686-2012: «Испытания просадочных грунтов с замачиванием следует проводить на специально отведенной опытной площадке, расположенной на расстоянии не менее 1,5H от строящегося объекта со стороны понижения рельефа площадки (H — общая толщина всех просадочных слоев грунта)».

Во многих случаях, специалисты компании «ТАМАНЬГЕОТЕСТ» обосновывают перед Заказчиком проведение статических испытаний без замачивания, тем более, что ГОСТ 5686-2012 это разрешает. Статические испытания грунтов сваями без замачивания позволяют существенно снизить расходы при их выполнении при обеспечении требуемого уровня надежности результатов. Один из последних случаев из практики – выполнение испытаний свай с замачиванием (Ростовская обл.), при этом проектировщики не предусмотрели дополнительных испытаний за пределами свайного поля. Из этой ситуации могло быть два выхода – устройство дополнительных свай или обоснование проведения контрольных испытаний без замачивания в пределах свайного поля. Изучив исходные данные, в частности, отчет об инженерно-геологических изысканиях, выполнив серию расчетов одиночных свай, нам удалось в программе испытаний грунтов сваями согласовать проведение статических испытаний без замачивания.

*Указанные на сайте цены не являются публичной офертой. Цены ориентировочные более точно можно узнать по телефону.

Часто задаваемые вопросы