Для чего нужны испытания свай
Испытание свай – динамические и статические способы
Еще задолго до начала строительства капитального сооружения производится целый комплекс мероприятий, обеспечивающих правильный выбор и дальнейшие расчеты конструктивных элементов, в частности, фундаментов. Испытание свай выполняется на этапе инженерных изысканий и контрольных проверок в период строительства. В процессе работ определяется несущая способность и возможные деформации, после чего данные сверяются с расчетными показателями, указанными в проектной документации. При необходимости, производится корректировка типа и габаритов свай, а также технологии их заглубления.
Общие положения
Полевые испытания свай проводятся до начала их массовой установки. Основным документом, регламентирующим порядок работы, является ГОСТ 5686-2012. На него ссылаются СНиП и СП, определяющие правильность расчетов и устройства свайных фундаментов.
Следует отметить, что данный государственный стандарт не охватывает грунтовые породы:
Рассматриваемый ГОСТ не имеет ничего общего с исследованиями, проводимыми в целях определения выносливости свай при возникновении сейсмических или нетипичных динамических нагрузок, появляющихся в процессе эксплуатации объекта.
Испытание грунта производится сваями:
Соответствующие СНиП и ГОСТ допускают динамические и статические варианты испытания грунтов сваями. В процессе проверки определяется неоднородность погружения свай, а также зависимость их подвижек от временных факторов и нагрузок. Площадки и число точек испытаний определяется проектом, учитывающим наиболее характерные места застраиваемой территории.
Техническим заданием на проведение испытательных работ является специально составленная программа полевых испытаний.
Особенности динамических испытаний
Под динамическими нагрузками понимают воздействие ударов или вибраций на забивную сваю. Такой метод дешевле и проще статического варианта испытания, но он не подходит для винтовых и буронабивных свай.
Следует отметить, что динамические испытания свай выполняют после их заглубления и «отдыха», продолжительность которого находится в зависимости от грунтовых условий и назначается программой полевых испытаний. При забивке, согласно СНиП, должно применяться то оборудование, которое предполагается использовать в основных работах. Исследования определяют показатели:
Итоги заносят в акт испытания свай динамической нагрузкой, а для установления стоимости работ составляется смета.
Особенности статических испытаний
Проверка производится с использованием вдавливающих или выдергивающих нагрузок, а также горизонтальных усилий. Как указано в СНиП, испытания забивных свай могут выполняться только после их «отдыха», а буронабивных или инъекционных – не ранее приобретения бетоном 80-процентной прочности.
В случае испытания свайной конструкции вдавливающими усилиями, воздействие на нее выполняют равномерно и безударно, но ступенчато. Данное условие касается как нагрузки, так разгрузки сваи. Все результаты фиксируются в соответствующем журнале.
Для контрольных испытаний забивных и буронабивных свай применяют принцип волновой теории удара, заключающийся в нанесении резкого мощного толчка подвесным молотом в направлении вертикальной оси, что способствует определению сопротивления грунта и моделированию осадки фундаментного ствола.
Статические испытания свай на выдергивающую нагрузку не используют для бетонных, винтовых, буронабивных, составных и уширенных книзу свай. Горизонтальные усилия прилагают как минимум в двух точках, фиксируя возможные отклонения свайного столба. Нагрузки в этом случае принимают не по таблицам СНиП, а по указанным в проектной документации расчетным показателям.
Что входит в программу полевых испытаний
На основании определенного перечня документации, различных характеристик и требований составляется программа испытания грунтов сваями. ГОСТ указывает, что на этапе инженерных изысканий должны учитываться:
Программа для контрольных испытаний грунтов сваями составляется, опираясь на принятые в проектной документации:
В число регламентируемых ГОСТ пунктов программы входит:
Одно из приложений ГОСТ указывает требуемое количество исследуемых точек. При динамических способах испытаний – до 1% всех свай, но более шести штук. При вдавливающих статических усилиях – до 0,5%, но более двух единиц, а при выдергивающих – более 2% или трех свай. Подобные требования выдвигает и СНиП.
В состав программы испытаний грунта сваями должно входить ТЭО (технико-экономическое обоснование), подтверждающее или опровергающее смысл проведения исследований.
Смета
Исходя из основного перечня работ, составляется смета, в которой перечисляется детальный список производимых мероприятий с расчетом их стоимости. В нее входит:
Согласно данным специализированных компаний, стоимость динамического испытания, подтвержденного лабораторным заключением, может составить не менее 8тыс.р. за одну сваю, а статического – более 40тыс.р.
Проведение обязательных испытаний свай в строительстве
Для чего и когда проводят испытания свай
Испытания проводят для оценки физических свойств свай и грунта, их взаимодействия
Опытную забивку опорных стоек проводят на специальной технической установке для определения выдергивающих, вдавливающих нагрузок и усилий на растяжение. Агрегат в виде платформы с нормативным грузом имеет в составе механизм давления на сваю, кран для подъема. Устройство снабжено опорной установкой из металлических ферм или железобетонных ригелей, через систему которых передается вертикальная нагрузка на испытуемый элемент.
Измерение фактических почвенных параметров имеет значение для предупреждения внезапного проседания и разрушения строения. Испытания грунтов по технологии забивки свай делается при возведении нового здания и при реконструкции или переоборудовании действующего сооружения.
Испытание оценивает однородность почвы, напластование, количественный состав, физические особенности каждого ряда. Проверяют соответствие проектных нагрузок реальной сопротивляемости стержня. Степень смещения сваи во время испытаний фиксируют измерительные датчики, детекторы, контролеры, которые отличаются точностью измерения до 0,1 мм. Полевые исследования проводят с учетом требований общих нормативов, которые дополнены соответствующими региональными и отраслевыми документами.
Какую информацию дает испытание
В результате исследования намечают результативный рабочий план проведения монтажа свайных элементов, прогнозируют стойкость и прочность сооружения, выбирают оптимальные способы укрепления фундамента. Измеряют сопротивление почвы, что дает возможность просчитать прочностные характеристики разных напластований.
Штамповые исследования в полевых условиях проводят для определения:
Иногда дом строят на старом свайном фундаменте, тогда статические испытания проводят, чтобы оценить истинное состояние грунта вокруг существующих элементов. Так выбирают тип требуемой сваи, материал, ее диаметр, решают вопрос о бурении и монтаже добавочных стрежней.
Гидравлика передает нагрузку штампу посредством стойки. Реактивное напряжение воспринимает анкер, работающий на выдергивание свайного элемента. Грунт в проходе с обсадкой нагружают устройством, крепленным к трубе. Давление регулируют массой грузов на платформе, а вертикальность контролируют направляющими полозьями.
Проведение исследований
При пробном забивании изделия его динамическое испытание дает возможность определить необходимую длину сваи и определить разницу между реальной и расчетной величиной отказа проверяемого изделия. При испытании опоры выявляются ее несущие способности, определяются несущие слои грунта и ослабленные или негодные отрезки свайного поля. При проведении испытания изделий нагрузкой составляются графики зависимости изменения состояния испытуемой конструкции от прикладываемых контрольных усилий. В отличии от статических испытаний, динамические требуют меньшие затраты, чем статические, не портят испытуемые элементы, применимы к их различным видам вне зависимости от их несущих качеств.
Но надо учесть и то обстоятельство, что при проведении измерений возможно получение завышенных величин несущей способности свай.
Рис. 2. Формула для вычисления P2.
Это происходит в случаях забивки изделий в разнородный грунт, верхняя часть которого более плотна, чем глубинный слой. Такие условия не дадут правильного результата и при статических испытаниях из-за сжимаемости слабого слоя грунта и его ползучести, так как нагрузка перераспределяется так, что на острие опоры приходится ее значительная часть. Это вызовет перегрузку в слабом грунте основания и вследствие этого исказит полученные данные. Для ликвидации вышеописанных препятствий и получения надежных результатов при испытаниях на многослойном грунте необходимо следить за тем, чтобы острие сваи вбивалось в более прочный подстилающий слой.
При динамическом испытании нагрузкой на глинистых почвах могут быть получены различные величины отказов свай в начале забивки изделия в грунт и на конечном этапе испытания. Для предотвращения получения неправильного результата эти данные сравнивают с результатами статических испытаний и отдают им большее предпочтение.
Что входит в программу полевых испытаний
В поле несущую характеристику и способность к деформации находят по итогам испытания почвы штампами в скважинах, шурфах на отметке пяты фундамента или применяют метод статического или динамического испытания свай. Исследование в шурфах проводят металлическими или бетонными штампами с большой жесткостью и площадью 2500 – 5000 см², а в буровых каналах применяют круглые элементы с квадратурой подошвы более 600 см².
Методика, по которой производится испытание на стройплощадке:
Количество свай, подвергаемых проверке, зависит от различных факторов, но не должно быть меньше 1% от общего числа монтируемых стоек. На выбор численности испытуемых образцов влияет сложность условий, размер передаваемого напряжения и разнообразие типоразмеров опорных стержней.
Испытывают характерные участки для всей стройплощадки и проверяют области с ослабленными показателями. Результаты заносят в журнал, оформляют в форме графиков взаимозависимости нагрузки и смещения стойки. Учитывают связь числа ударов и количества отказов заглубления.
Регламентирующие документы
Стандарт, по которому проводят испытание буронабивных свай, а также завинчивающихся, вдавливаемых и забивных элементов — ГОСТ 56.82-2012. Правила документа регламентируют исследования на стройплощадке, и описывают методики контрольных проверок свайных стоек. Есть СНиП 2.02.03-85 и СП 50.102-2003, которые стандартизируют обследование оснований и составление проекта свайных опор нового строительства и реконструкции.
Статические проверки способности свай и грунта стоят дорого, проводятся в течение суток (время зависит от величины объекта), но относятся к категории точных испытаний с безукоризненными результатами.
Исследования разрешают на разных стадиях возведения:
Технические документы об испытаниях с описанием элементов передают монтажникам свай. В бумагах есть план с привязкой скважин по осям, указаны точки пробного статического и динамического зондирования, расположение коммуникаций на объекте, зданий. Передают техзадание на испытание свай и заключение геологов об условиях строительства, а также смету на работы.
Пример исходных данных указываемых в проекте:
1. Марка сваи – С 70.30-6 (серия 1.011.1-10, выпуск 1) – 76 штук (6 из них пробные (контрольные) на которых будет проводится испытание динамической нагрузкой);2. Максимальный отказ свай – 2,22см (по расчету);3. Расчетный отказ принят при заглублении свай в грунт дизель-молотом С-996, весом ударной части молота 1,8т при свободном падении с высоты h=2,8м, через деревянные прокладки общей толщиной 10см, укладываемые на головы свай;4. Расчетная максимальная нагрузка на сваю от здания – 14,0 т;5. Расчетная нагрузка на сваю по грунту с учетом коэффициента надежности (1,4) – 17,24 т – это сколько свая должна выдерживать;6. Инженерно-геологический разрез с описанием;
7. Чертежи с отметками верха свай после забивки и срубки оголовков, план свайного поля, с указанием мест забивки контрольных свай (на которых будет проводится испытание).
Обычно на объект завозятся только контрольные сваи, потому что после проведения динамических испытаний указанная в проекте марка свай либо подтвердится, либо их придется менять на более длинные или менять сечение, а может быть наоборот. Место забивки испытываемых свай не должно совпадать с основными (рабочими) сваями, т.к. при испытании они могут либо провалиться, либо разрушится либо отказ будет больше максимального расчетного отказа и т.д. Используемое строительной организацией сваебойное оборудование должно соответствовать указанному в проекте, на основании которого рассчитан проектный отказ.
Если оборудование не соответствует указанному в проекте, проектная организация должна выполнить перерасчет отказа сваи для сваебойной установки которая будет применяться при испытании и забивке.
1. Забивка пробных (контрольных) свай, при этом сваи не добиваются до проектной отметки на величину необходимую для добивки (см. пункт 3). Важно: при погружении свай в процессе забивки на величину менее 0,1 см от одного удара работы следует прекратить, так как такой режим работы выведет из строя сваебойное оборудование (требование ТР 108-00 “Технические рекомендации по натурным испытаниям грунтов железобетонными сваями в условиях строительства” п. 5.37. ).
При забивке сваи ведутся подсчеты числа ударов молота на каждый метр погружения и общего числа ударов, а на последнем метре – на каждые 10 см погружения.
2. Отдых – это перерыв между окончанием забивки и добивкой. За время отдыха грунт обволакивающий сваю частично восстанавливает свою структуру, нарушенную во время забивки. В соответствии с п. 7.2.3 ГОСТ 5686-2012 “Грунты. Методы полевых испытаний сваями” продолжительность “отдыха” устанавливается программой испытаний в зависимости от состава, свойств и состояния прорезаемых грунтов и грунтов под нижним концом сваи, но не менее : 3 сут – при песчаных грунтах, кроме водонасыщенных мелких и пылеватых; 6 сут – при глинистых и разнородных грунтах. В случае прорезания песчаных, крупнообломочных, плотных песчаных или глинистых грунтов твердой консистенции продолжительность отдыха допускается сократить до 1 сут. Более продолжительный срок отдыха устанавливают: – при прорезании водонасыщенных мелких и пылеватых песков – не менее 10 сут; – при прорезании глинистых грунтов мягко- и текучепластичной консистенции – не менее 20 сут.
Продолжительность отдыха необходимо согласовать с проектировщиком.
3. Добивка и определение отказов каждой контрольной сваи после “отдыха”. Добивку сваи до проектной отметки производят последовательно залогами из 3 и 5 ударов. Для каждого залога определяют средний отказ в сантиметрах. Высота падения ударной части молота при добивке должна быть одинаковой для всех ударов (в нашем случае h=2,8 м). При этом удары дизельного молота должны быть холодными, без подачи топлива в цилиндр молота.
Величина отказа измеряется специальным прибором – отказомером, который крепится на свае. Отказомер позволяет получить график перемещения сваи при её добивке (отказограмму).
Особенности динамических испытаний
Динамику используют для определения реального напряжения в опорных стержнях и несущей способности. Груз нормативного веса сбрасывают на стойку с назначенной высоты и находят размер осадки. Рассчитывают несущую способность с учетом применяемых параметров и полученных результатов. Динамический метод длится недолго, но дает точные показатели.
В испытании используют прогибомеры. Перед нагрузкой регистрируют первый нулевой результат, затем берут второе показание и делают замеры последовательно в течение через 30 минут (всего 4 шт.). Сваю считают стабилизированной, если осадка составляет не больше 0,1 мм за последний час.
Нагрузка доводится до расчетной при погружении в плотные глинистые, крупнообломочные грунты и пески, но величина не должна быть меньше 1,5 показателя несущей характеристики сваи.
Особенности статических испытаний
Методика предусматривает ступенчатую нагрузку, размер которой находят с учетом проектного давления (но не больше 1/10). Следующее усилие дают после полной осадки сваи от первого напряжения. На измерительных датчиках выставляют ноль, после подачи первого усилия и при последующих ступенях регистрируют показания приборов.
Предельное сопротивление определяют по величине нагрузки, после которой останавливается заглубление сваи. Метод простой, но требует времени и технического оборудования. Принцип статической проверки в том, что на элемент давят, а не сбрасывают груз с высоты.
Применяют гидравлический домкрат, который давит вниз на металлическую балку, привариваемую к испытательному образцу сваи и соединяющую его с соседними анкерными стойками. Расстояние от контрольной сваи до анкерной делают не меньше 2 м или пяти диаметров (в элементах сечением до 80 см). Для контрольных элементов промежуток делают не меньше трех диаметров, но не меньше 1,5 м. Эталонную зонт-сваю ставят на расстоянии не меньше 1 метра.
Статические и динамические испытания свай
Винтовые сваи – одно из самых надежных и долговечных оснований для современных каркасных и деревянных сооружений. По эксплуатационным характеристикам и по сроку службы с ними не сравнится ни один другой тип оснований из тех, что традиционно используют для легких построек.
За свою почти 200-летнюю историю технология производства свайных конструкций постоянно развивалась и совершенствовалась, подвергаясь многочисленным испытаниям на прочность, пока не достигла того высокого уровня, на котором находится в настоящее время. Производителями свай регулярно проводятся плановые испытания своей продукции с целью повышения ее качества. И это дает свои плоды: современные стандартные сваи способны выдерживать двойные нагрузки: и от дома, и от грунта, не теряя при этом своих качественных характеристик.
Зачем нужно проводить испытания свай?
Винтовые сваи зачастую используются в местах, где невозможно устройство других типов фундаментов: на участках с высоким уровнем грунтовых вод, большой глубиной промерзания, песчаных или болотистых грунтах. Их также очень активно используют для строительства на воде (собственно, с этого и началась история их применения). В таких трудных условиях особенно важно, чтобы сваи сумели выдержать не только обычную (постоянную), но и дополнительную циклическую нагрузку на выдергивание и сжатие.
Основной целью проводимых испытаний свай является определение несущей возможности конструкций разных типов в разных условиях. Например, при возведении фундаментов в воде крайне важно, чтобы опоры оставались заглубленными и прочно удерживали постройку даже при сильном течении. На промерзающих пучинистых почвах больше важна способность к сопротивлению нагрузкам на сжатие. С целью расчета несущей способности этого типа фундаментов придуманы целые системные методики испытаний свай. Также применяются испытания качества сварного шва на лопасти. Рекомендуется ультразвуковой контроль (прозвучка свай) еще на этапе производства изделий.
Согласно ГОСТу, сваи должны подвергаться испытаниям двух типов:
Динамические испытания свай
Суть этого испытания состоит в измерении осадки при воздействии дизель-молотом на верхушку сваи, уже ввинченной на глубину, предусмотренную проектом. Динамические испытания свай дают возможность получить сведения о прочности любых типов свай, о сроке их службы.
Для этого дизель-молот сбрасывают с небольшой высоты (без подачи в него топлива, то есть вхолостую). К примеру, расчетная высота сброса молота весом в 2,5 тонны – 1м 80см. Затем замеряется осадка специальным прибором или простым нивелиром. Бывают случаи, когда свая не дает осадки, либо она очень мала, тогда записывают значение после десяти холостых ударов.
Получив таким образом данные по длине, глубине погружения в почву, осадке, высоте сброса молота, а также его массе, сотрудники лаборатории проводят подсчет несущей способности в тоннах, а затем составляют отчет по форме, в котором даются сведения о предполагаемом сроке службы свайно-винтового фундамента, смонтированного из данного типа конструкций, его стойкости при возможных внешних воздействиях.
К главным преимуществам динамических испытаний винтовых свай относятся:
В среднем специалисты, занимающиеся разработкой проектов, назначают проведение динамических испытанный для 2% общего числа свай, которые планируется применять.
Статические испытания свай
Несущая способность, согласно данной испытательной методике, это нагрузка, действие которой дает возможность свае, подвергающейся тестированию, получить максимально возможную осадку для этого вида конструкций.
В СНиП п.7. 1.6. говорится о том, что при испытаниях свай статической нагрузкой выявленную несущую способность основания необходимо принимать согласно результатам данных испытаний. Случается, что расчет возможностей свайных конструкций по формуле 7.15 СП 50-102-03 дает завышенные результаты в сравнении с теми, что получены в полевых испытаниях, и тогда невозможно составить точное представление о сроке службы свайно-винтового фундамента в данных условиях. Именно по этой причине при возведении крупных объектов на территориях с малоизученными почвами, при строительстве важных государственных или коммерческих объектов испытания свай статической нагрузкой производятся в специальных научно-исследовательских лабораториях по индивидуально разработанным программам.
Технология испытаний
Свая, выбранная для испытания, закручивается на необходимую глубину. На определенном расстоянии (5D) с обеих сторон от нее ввинчиваются анкерные сваи, отстоящие друг от друга на расстоянии 2D. Устанавливается датчики перемещения и измерения, монтируется анкерная, и реперная системы, после чего создается первая пробная нагрузка, равная 20% от предельной нагрузки, предусмотренной программой статических испытаний свай. Перемещения стабилизируют, после чего увеличение нагрузки производится ступенями, согласно ГОСТ 56-86-94.
При этом условным критерием стабилизации деформаций является быстрота осадки свай, не превышающая 0,1 мм за час (задается по ГОСТу в соответствии с типом почвы). Временной отрезок выдержки каждого следующего этапа воздействия на сваи должен быть не меньшим, чем время выдержки предыдущей ступени. В конце снимают расчеты прогибомеров – специальных измерительных приборов, а затем заносят эти данные в документацию.
Испытания свай статической нагрузкой проводятся в соответствии с ГОСТом 5686-94, с целью определения максимального сопротивления свай по отношению к грунту, а также чтобы проверить соответствие несущей способности конструкций заявленным расчетным нагрузкам (они всегда указываются в каждом индивидуальном проекте свайно-винтового основания). Несущую способность свай по грунту измеряют СНиП 2.20.23-85 согласно графику зависимости осадки от воздействия в ходе испытания почвы.