Как испытывать сваи для фундамента статической и динамической нагрузкой

Статические испытания свай

Статические испытания свай выполняются в соответствии с требованиями:

— ГОСТ 5686-94 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями»;

— СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»;

— СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов»

Перед началом производства работ нашими специалистами разрабатывается и согласовывается «Программа проведения испытаний свай». Сами статические испытания свай можно проводить на разных этапах строительства и проектирования — на стадии изысканий, до начала рабочего проектирования, в процессе погружения свай, при приемке погруженных свай.

В зависимости от этапа будут различаться и цели статических испытаний свай:

— На стадии изысканий статические испытания свай проводят с целью выбора длины и сечения свай и оценки их несущей способности;

— В процессе погружения и при выемки погруженных свай целью статических испытаний будет определение соответствия фактической несущей способности свай и сопоставление ее с расчетной, принятой в проекте.

Полученные при статических испытаниях свай данные, как правило, отличаются существенно большей точностью и достоверностью, чем при динамических испытаниях свай.

Вместе с тем статические испытания свай более сложны, дороги и трудоемки по сравнению с динамическими и в связи с этим назначаются в основном при строительстве сложных и крупных объектов с большим числом свай в фундаменте

Технология проведения статических испытаний свай

Проведение статических испытаний свай начинается с определения проектирующей организацией числа испытуемых свай и мест их забивки. После этого в определенных местах погружается несколько пробных свай. Испытания в процессе забивки и при приемке производятся на сваях, расположенных в местах с наихудшими для данного объекта грунтовыми условиями или давших наибольшие отказы при забивке.

Перед испытаниями сваи должны отстояться для того, чтобы восстановились структурные связи в грунтах и, соответственно, свая показала реальные результаты. Время т.н. «отдыха» сваи перед испытаниями согласно ГОСТ составляет:

1 день — в случае если под острием сваи крупнообломочные грунты, или плотные пески

3 дня — для песчаных грунтов

6 дней — для глины и разнородных грунтов

10 дней — для водонасыщенных песков.

В большинстве случаев время «отдыха» сваи — 6 дней с момента забивки.

Испытываемую сваю нагружают ступенями, переход к следующей ступени нагружения осуществляют после условной стабилизации осадки на предыдущей ступени. Для измерения осадки испытываемой сваи устанавливают прогибомеры часового типа с ценой деления 0,01 мм или с электронным циферблатом.

Перед нагружением сваи берут нулевые отсчеты по всем приборам. На каждой ступени нагружения сваи снимают отсчеты по всем приборам.

За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость осадки сваи на данной ступени нагружения, не превышающую 0,1 мм за последние 60 или 120 мин наблюдений.

За частное значение предельного сопротивления испытываемой сваи принимается нагрузка, при которой прекращено нагружение сваи.

Схемы установок для проведения статического испытания свай:

Установка с гидравлическим домкратом, системой балок и анкерными сваями

Установка с грузовой платформой, служащей упором для гидравлического домкрата

Условные обозначения:

1 — испытываемая свая

2 — анкеpная свая

3 — pепеpная система с пpогибомеpами

4 — домкpат с манометpом

5 — система упоpов, балок

7 — опоpа

8 — гpуз (упоp для домкpата)

Способы статического испытания свай

Выбор оборудования для статических испытаний сваи зависит от принятого способа нагружения.

В настоящее время известны следующие способы нагружения:

— укладка груза на платформу, устанавливаемую на сваю;

— использование усилия гидравлических домкратов;

— использование собственного веса СВУ.

Преимущественное распространение получил способ статического испытания свай с использованием гидравлических домкратов — наименее трудоемкий и наиболее недорогой. Специалисты нашей компании чаще всего используют для нагружения сваи собственный вес сваевдавливающей установки, что позволяет нашим клиентам экономить до 50% средств на испытаниях.

Технология проведения статических испытаний свай

Схема разметки свайного фундамента.

Процесс всегда начинается с определения количества испытуемых свай, будущих мест их забивки. И только после этого в некоторых определенных местах погружают несколько пробных свай. Все испытания во время забивки и приемки производятся на сваях, которые расположены в местах с самыми худшими для этого объекта грунтовыми условиями либо давших наибольший отказ при забивке.

Испытания грунта статической нагрузкой следует начать после ее отдыха. Для тех свай, которые погружены другими способами, начало испытаний определяют программой таких испытаний, но не раньше, чем через сутки после погружения. Во время испытаний набивными (буронабивными) сваями начало испытаний назначают не раньше достижения бетоном 80% прочности. Проведение испытаний талых грунтов статической вдавливающей нагрузкой выполняют равномерно, без каких-либо ударов, ступенями нагрузки, значение и количество коих устанавливает программа испытаний. При заглублении всех нижних концов подобных натурных свай в крупные обломочные грунты, плотные пески и глинистые грунты твердой консистенции допускают первые 3 ступени нагрузки принимать равными 1/5 всей нагрузки.

Схема испытания свай статической нагрузкой.

Перед осуществлением любых статических испытаний следует тщательно спланировать поверхность выбранного грунта вокруг наиболее опытной сваи. Загрузочный предмет монтировать так, чтобы обеспечить точно центральное приложение строго вертикальной нагрузки. Пробная свая обязательно должна иметь нужную прочность материала, которая обеспечит получение всех требуемых характеристик и особенностей несущей способности грунта. А при необходимости голову сваи усиливают при помощи внешней обоймы. Непосредственно перед испытанием элементы должны отстояться какое-то время. Это делается для того, чтобы восстановились все структурные связи в грунтах и, соответственно, пробная свая показала наиболее реальный результат. Время-отдых перед всеми испытаниями согласно ГОСТ составляет:

• отдых 1 сутки – когда под острием свай есть крупнообломочные грунты либо плотные пески;
• отдых 3 суток – срок, рассчитанный для песчаных грунтов;
• отдых 6 суток – для глинистой почвы и разнородных грунтов;
• отдых 10 суток – для песков, насыщенных водой.

Зачастую отдых должен быть 6-7 дней со времени забивки.

Схема устройства фундамента на винтовых сваях.

Для того чтобы измерить осадки испытываемых свай, устанавливают индикаторы почасового типа, имеющие цену деления 0,01 мм. Появляющиеся реактивные усилия, которые возникают при нагружении любой испытываемой сваи, передаются сразу через систему балок непосредственно на анкерные сваи. Для регистрирования возможного выдергивания и выпада анкерных элементов статистической нагрузкой на каждый элемент устанавливают по 2 индикатора часового типа, имеющих деление 0,01 мм. С учетом возможного удлинения верхушки арматурного каркаса любое выдергивание анкерных свай в момент испытания не должно быть больше 0,2 см.

Перед всеми нагружениями берут нулевые отсчеты и количество по всем имеющимся приборам. И на каждой ступени перед статической нагрузкой снимают также отсчеты по всем имеющимся приборам. За критерий некой условной стабилизации деформации перед нагрузкой обычно принимают скорость осадки свай на этой ступени нагружения, которая на превышает 0,1 мм за последние 60 либо 120 мин наблюдений. А за частное значение самого предельного сопротивления испытываемых элементов статистической нагрузкой принимают нагрузку, при которой уже прекращено нагружение элементов.

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:

• статическое исследование;
• динамическая проверка;
• диагностика почвы эталонным элементом;
• контроль грунтов статическим зондированием.

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:

• геологических изысканий;
• до начала проектирования;
• в процессе монтажа свайных опор;
• во время приемки нулевого цикла.

Динамические испытаний свай

Согласно пункту 7.2.3 (ГОСТ 5686-2012) отдых свай составляет:

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.

Примечения

1 При рорезании песчанных (а также просадочных) грунтов в случае наличия под острием сваи крупнообломочных, плотных песчаных или глинистых грунтов твердой консистенции продолжительность «отдыха» допускается сократить до 1 суток.

2 Более продолжительный срок «отдыха» устанавливают:

— при прорезании водонасыщенных мелких и пылеватых песков — не менее 10 суток;

— при прорезании глинистых грунтов мягко — и текучепластичной консистенции — не менее 20 суток.

Выдержка из ГОСТ 5686-2012

Число испытуемых свай при строительстве должно составлять:

При испытании свай динамической нагрузкой — до 1% общего числа свай на данном объекте, но не менее 6 шт.;

Изменение N 1 к СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. 

Пункт 7.3.1. Первый абзац после слов «статическим зондированием» дополнить словами: «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:

— динамические испытания свай — до 2% от общего числа свай на объекте, но не менее шести для сооружений класса КС-2 и девяти — для сооружений класса КС-3;

Штамповые испытания грунтов (определение модуля деформации грунтов)

Согласно пункту 5.4 СП 24.13330.2011 СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Для объектов повышенного и нормального уровней ответственности указанные в 5.2 и 5.3 работы рекомендуется дополнять испытаниями грунтов прессиометрами и штампами(ГОСТ 20276)

Использование георадара позволяет решить следующие задачи:

выявление подземных полостей и пустот, трещин, зон разуплотнения, действующих и неиспользуемых коммуникаций и коллекторов различного назначения, старых погребенных сооружений (подземных ходов, хранилищ, бомбоубежищ, засыпанных подвалов, галерей);
определение глубин заложения фундаментов, свай, противофильтрационных завес, дренажных систем, мостовых опор, выявления в них трещин и повреждений;

просвечивание грунтового массива под фундаментами существующих зданий и сооружений, при отсутствии в основании последних листов металла, армированных плит;
обследование насыпей, полотна автомобильных и железных дорог, тела земляных плотин для оценки их состояния;
установления глубины залегания грунтовых вод и верховодки;
просвечивание донных отложения (с поверхности пресных водоемов), с расположением необходимых для интерпретации скважин по берегам водоема.

Согласно пункту 5.4 СП 24.13330.2011 СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ:

При строительстве высотных зданий повышенного уровня ответственности и зданий с глубокой подземной частью в состав работ при изысканиях следует включать геофизические исследования для уточнения геологического строения массива грунтов между скважинами, определения толщины прослоев слабых грунтов, глубины водоупоров, направления и скорости движения подземных вод, а в карстоопасных районах — глубины залегания скальных и карстующих пород, их трещиноватости и закарстованности.

Динамическая проверка

Она осуществляется с использованием специального оборудования, применяемого для погружения. При проверке отслеживается степень погружения в почву на каждый цикл воздействия молота. Постепенно погружаясь в грунт, опора воспринимает противодействие грунта. Оно выражается в том, что при заглублении уменьшается значение отказа. Данная проверка базируется на взаимосвязи импульса рабочей части оборудования и несущей способности конструкции.

При испытаниях осуществляется экспериментальная забивка, по результатам которой определяется оптимальная длина опор, выполняется оценка соответствия реального и теоретического значений отказа. Мероприятия позволяют определить несущие слои почвы, диагностировать слабые зоны свайного поля, оценить усилия, которые могут воспринимать забитые опоры. По завершении динамического контроля результаты оформляются графическим образом и характеризуют координаты положения в соотношении с приложенными усилиями.

Динамические испытания свай с установкой на них дополнительного веса

 Указанный метод, по сравнению со статическим способом контроля, обладает рядом преимуществ:

• незначительными затратами, связанными с применением техники, имеющейся на объекте строительства;
• оперативностью выполнения работ, которые можно осуществить на протяжении одного рабочего дня;
• возможностью использования для испытаний любых видов изделий, независимо от их способности воспринимать приложенные усилия.

Стандарт рекомендует сопоставлять данные динамических замеров с показателями статических проверок. Данный способ проверки не применяется при обустройстве свайных оснований на легких песчаных грунтах.

В каких случаях необходимы испытания?

Основные цели, для достижения которых проводятся статические испытания:

• На этапе возведения объектов: определение несущей способности конкретных свай.
• В процессе изысканий: поиск самого рационального решения, касающегося непосредственно конструкции свай, определения мест их размещения, а также оптимального количества.

Требования ГОСТ 5686-2012 определяют минимальное количество свай для испытаний. Существуют такие требования:

• до 0.5 %, но не менее двух для испытаний вдавливающей нагрузкой, за исключением некоторых случаев, обоснованных в нормативном документе;
• не менее 2 % от общего количества, но не менее трех при использовании горизонтальной или выдергивающей нагрузки.

Когда минимальное количество испытаний уже произведено, получается величина, определяющая частное минимальное предельное сопротивление. Если в двух испытаниях получены разные величины, рассматривается минимальная из них или средняя.

Чтобы увеличить несущую способность, понадобится выполнить больше испытаний и обработать полученную статистику. В результате должна быть определена величина коэффициента надежности по грунту. Такой подход дает возможность сделать геотехнические проекты более эффективными экономически.

https://youtube.com/watch?v=tB9NSbsSJqo

Испытание свай

Свайные конструкции тестируют перед возведением ростверка

Тестирование конструкций проводят перед началом возведения ростверка.

Правила и порядок тестирования опор указаны в документах ГОСТа 5686-2012.

Правила расчётов свайного основания зданий и сооружений утверждает СНиП на основании положений ГОСТа.

При проведении всего комплекса мероприятий в программе работ учитывают следующие обстоятельства:

1. Аналогичные исследования тестирования стоек на строительстве соседних зданий.
2. Возможные изменения гидрогеологических показателей.
3. Индивидуальность проектируемого строения.
4. Расчёт статической нагрузки.
5. Возможные смещения опорных конструкций в результате эксплуатации.
6. Проектные отметки верха стоек.

Согласно нормативной документации в программу испытаний включены следующие пункты:

• количество тестируемых конструкций;
• расположение точек погружения стоек в плане;
• минимальные смещения и деформации опоры при максимальных нагрузках;
• технология забивки стоек;
• максимальная глубина погружения конструкции до получения отказа;
• время перерыва между этапами забивки опор;
• направление и величина нагрузок оборудования.

Согласно ГОСТу количество конструкций, подвергаемых тестированию, может быть разным при каждом виде тестирования:

Контрольное тестирование опор проводят двумя способами:

• испытание свай статической нагрузкой;
• испытание свай динамической нагрузкой.

Испытание свай статической нагрузкой

Испытания проводят при строительстве крупных конструкций

Целью тестирования конструкции является сравнение фактической несущей способности сваи с расчётами проектной организации. На основании теста оценивают правильность проектной длины и диаметра поперечного сечения сваи.

Конструкцию подвергают вдавливающим или выдёргивающим нагрузкам, а также применяют горизонтальные силовые воздействия. Работы по статическому тестированию опор трудоёмкие и высоко затратные. Поэтому проводить их целесообразно при возведении крупных зданий и сооружений с ростверками большой площади.

После забивки сваи ей дают время на «отдых». За это время в нарушенных слоях грунта произойдёт восстановление структурных связей, и опора будет находиться в проектных условиях эксплуатации. Время отстоя сваи составляет:

• 1 день – обломочный грунт или плотный песок;
• 3 дня – песчаные грунты;
• 6 дней – глина;
• 10 дней – водонасыщенный грунт.

По достижению максимальной нагрузки переходят к постепенному ослаблению нагружения стойки.

Во время, когда происходит поэтапная разгрузка опоры, фиксируют поведение конструкции.

Результаты исследований заносят в специальный акт, в котором фиксируют все отклонения от нормативных показателей.

Акт подписывают представители заказчика, проектировщика и исполнитель, выполняющие данный вид работ.

Испытание свай динамической нагрузкой

Сваи начинают тестировать только после отстоя

Динамическое воздействие производят на установленную стойку с помощью силового оборудования. Данный метод проще и дешевле, чем статические испытания. Способ динамического тестирования не предназначен для винтовых свай и буронабивных опор.

К динамическому тестированию опор надо приступать только после отстоя сваи. Время отстоя назначают в зависимости от состояния грунта программой полевых испытаний. Тестовая забивка опоры осуществляется оборудованием, которое будет использовано в дальнейшем на основных работах.

Выполняя тестовое задание, фиксируют несущую способность по отказу, усреднённые значения опускания ствола после каждого удара силовой установки. Определают однородность грунта по сопротивлению почвы погружению стойки.

Результаты исследований заносят в акт динамического испытания конструкций. В акте отмечают все отклонения от проектных значений. Подробнее о динамическом испытании свай смотрите в этом видео:

Испытание свай

Любые испытания грунтов сваями допускается проводить на различных этапах строительства – как на этапе изыскания, так и до начала проектирования, во время самого процесса погружения элементов, в период приемки погруженных свай.

Схема закладки свайного фундамента.

Различают несколько целей испытания грунтов сваями статической нагрузкой, они будут зависеть напрямую от этапа:

1. На этапе изысканий любое испытание статической нагрузкой обычно выполняют с целью выбора нужной длины, диаметра сечения свай, правильной оценки несущей способности.
2. Во время погружения испытываемых элементов и их выемки главной целью статических испытаний станет определение соответствий их фактической несущей способности и правильное сопоставление ее с расчетной, той, которой принята в проекте.

То есть любое испытание статической нагрузкой производят для того, чтобы выяснить, есть ли соответствие показаний реальной несущей способности таких свай с проектной нагрузкой. Полученные данные во время статических испытаний обычно существенно отличаются своей точностью и достоверностью, в отличие от динамических испытаний. Но вместе с этим статические более сложные, дорогие и трудоемкие по сравнению с динамическими, потому и назначаются зачастую при строительстве более сложных, крупных объектов с огромным в фундаменте.

Схема монтажа свайного фундамента.

При выборе методики ведения испытаний статической нагрузкой, а также количества и оценки результатов, достигаемых статической нагрузкой следует учитывать такие моменты:

• получаемые при таких проверках количество и данные с высокой степенью точности характеризуют несущую способность на вдавливание испытываемого элемента по сравнению с полученными данными испытаний при динамической нагрузке либо способом зондирования грунта;
• увеличение временного промежутка воздействия статической нагрузкой (продолжительность и количество испытаний) на вновь испытуемую сваю ведет к росту перемещений, но почти совсем не оказывает никакого влияния на величину этой предельной нагрузки;
• полученные данные о результатах испытаний каких-то одиночных элементов, которые находятся в кусте, характеризуют с нормальной степенью приближенности предельной нагрузкой во время работы в составе фундамента, но никак не могут быть непосредственно применены при оценке величин либо горизонтального перемещения фундамента в целом;
• само предельное положение сваи по условию своей (предельное сопротивление по грунту) характеризуют началом приоритета перемещений испытываемой сваи при неизменной ступени увеличения прикладываемой к ней нагрузки.

II. Проведение испытания:

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.

Испытание проводится в 3 этапа:

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).

Образец отказограммы

В том случае, когда отказомера нет или он вышел из строя, в соответствии с п. 4.2. ТР 108-00 «Технические рекомендации по натурным испытаниям грунтов железобетонными сваями в условиях строительства» разрешается измерение остаточного отказа с прецизионного (высокоточного) нивелира. Для этого нивелир устанавливают на расстоянии 30-40 м от места забивки. При этом динамическое испытание сваи «под нивелир» оформляется соответствующим актом с обязательным указанием в нем типа и серийного номера нивелира, измеренной величины остаточного отказа сваи от конкретного числа ударов молота, даты забивки и номера испытываемой сваи. Акт подписывается геодезистами заказчика и генподрядчика, прорабом организации, выполняющей забивку свай, представителем испытательной лаборатории, а также представителем авторского надзора проектной организации. Результаты испытания оформляют в журнале, форма которого приведена в ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями» приложение Д.