Проведение испытаний свай

Еще задолго до начала строительства здания проводится ряд работ, связанных с расчетом и планированием особенностей всех конструкций. Главной частью здания является фундамент. Проведение испытание свай необходимо для выявления вероятности возникновения деформации на сваях, снижения их несущей способности. Полученные практические данные сверяются с теоретической информацией, указанной в проекте. Если есть необходимость, проводится корректировка размеров опор и методов вдавливания свай в землю.

Испытания свай путем динамической нагрузки

Под динамическими исследованиями опор подразумеваются вибрации и удары. Такой метод испытания свай гораздо проще и доступнее в финансовом плане, если сравнивать со статическими способами исследования.

Важно, что такие испытания проводятся уже после забивки свай в землю и их «отдыха». Время, в течение которого опоры будут отдыхать, определяется индивидуально, в зависимости от характеристик грунта в конкретном месте и ряда иных условий.

При погружении свай должно применяться то оборудование, которое будет использоваться и в дальнейшем при строительстве. Испытания дают возможность определить следующие показатели:

• Несущая способность сваи определяется по отдаче, полученной с учетом углубления сваи после удара (одного) или вибрации (в течение минуты).
• Сопротивляемость погружения определяет однородность грунта.
• Сравнивается возможность погружения, предусмотренного проектом.

Итоги испытаний заносятся в специальный акт исследования, а для расчета стоимости дальнейших работ составляется подробная смета.

Динамические испытания могут потребоваться в различных случаях:

• При необходимости проведения изысканий. Они осуществляются перед проектированием свайного основания путем забивки пробных опор.
• В ходе погружения рабочих опорных элементов.
• При приемке выполненной работы.

Такие испытания могут выполняться:

• В ходе проведения изыскательных работ. Процедуры осуществляются с целью определения неоднородности почвенных условий по контуру проектируемого сооружения, а также для оценки несущей способности применяемых опор согласно проектной документации.
• При забивке рабочих свай. Это необходимо для уточнения несущей способности применяемых опор, а также определения слабых участков на свайном поле и выявления мест расположения несущих слоев почвы.
• В ходе приемки выполненной работы. Испытания позволят определить максимально достоверные данные, связанные с несущей способностью опор после того, как они «отдохнут» на строительном участке.

Динамические испытания осуществляются с помощью того же оборудования, которое в последующем будет использовано при погружении опорных элементов. В конечном итоге будет получена величина отказа свай, которая позволит определить путем проведения специальных расчетов несущую способность каждого столба.

Достоверность полученного отказа зависит от точности используемых показателей – общей массы, высоты подъема рабочей (ударной) части молота, веса опорного элемента и наголовника. На итоговые данные влияет также точность измерения упругого перемещения почвы и опоры после совершения ударных нагрузок.

Измерять отказ лучше всего с помощью специального оборудования. Чаще всего используются отказометры, к примеру, известная на весь мир конструкция П.Р. Тикунова. Такое оборудование позволяет зарегистрировать упругое перемещение почвы и опоры с точностью до 1 мм.

В ходе забивки пробных опорных элементов (во время изыскательных обследований), а также при приемке уже забитых опор (во время контрольных испытаний) все манипуляции осуществляются только после того, как опоры «отдохнут». Продолжительность «отдыха» может быть различной:

• На песчаной почве она составляет не меньше 3 суток.
• На глинистом грунте – порядка 6 суток после того, как опоры будут погружены в почву.

Особенности динамических испытаний свай

Согласно требованиям, которые прописаны в СНиП III-Б.6-62, в ходе измерения отказа нужно обязательно следить за самим процессом. Головная часть опоры должна быть целостной, а высота опускания ударной части – максимально возможной для применяемой разновидности молота. Удар молота должен осуществляться только в центральную часть опоры.

Если планируется использование молотов с двойным действием, количество ударов и степень подачи давления пара/воздуха в цилиндры обязательно должны соответствовать данным, прописанным в паспорте. Добивка как пробных, так и контрольных опор после «отдыха» осуществляется с помощью того же рабочего оборудования, которое будет использовано при ключевой забивке.

Процесс проведения динамических испытаний свай дает возможность зафиксировать:

• Количество ударов молота на каждый метр погружаемой опоры. Они учитываются до тех пор, пока свая не погрузиться до проектной отметки.
• Величину отказов после заглубления опорного элемента до требуемой проектной отметки.
• Время «отдыха» опорных элементов.
• Уровень засасывания опоры. Здесь учитывается отказ в ходе забивки и отказ при воздействии ударным молотом в ходе проведении добивки.

Испытания свай путем статической нагрузки

Такие испытания проводятся путем использования вдавливания, выдергиваний и горизонтальных нагрузок. Исследования могут проводиться только после того, как сваи «отдохнут». На инъекционных и буронабивных опорах испытания свай статической нагрузкой осуществляются только после того, как бетонный состав наберет 80% от своей максимальной прочности. Вдавливающие усилия на сваи выполняются равномерно и постепенно. Это относится как к нагрузкам, так и к разгрузке.

Стоит отметить, что статические испытания с помощью выдергивающих нагрузок не могут быть применены на буронабивных, винтовых, бетонных, расширенных к низу и составных опорах. Горизонтальные нагрузки оказываются минимум в двух местах, чтобы исключить деформации свайного столба. Показатели принимаются не по нормативам, а с учетом расчетной документации конкретного проекта.

Статические испытания назначаются при проведении инженерных изысканий. Они осуществляются до того, пока будет создана проектная документация, в ходе проведения монтажных работ, а также при приемке уже готовой работы.

Главная цель проведения статических испытаний при инженерных изысканиях – определение требуемой длины опоры и ее сечения, уточнение необходимой для будущего сооружения несущей способности. Статические испытания при приемке готовой работы и в ходе забивки опор нужны для определения фактической несущей способности, сопоставления полученных данных с расчетными (прописанными в проектной документации).

Информация, которая будет получена в ходе проведения статического испытания, будет максимально точной и достоверной. Она более полезна, чем при проведении динамического обследования несущих опор.

Несмотря на то, что статические испытания являются сложным и трудоемким процессом, они наиболее актуальны. Такое обследование обязательно осуществляется при возведении крупных/сложных по конфигурации объектов, при возведении которых используется значительное количество опорных элементов.

Все статические и динамические испытания свай осуществляются в соответствии с принятым законодательством РФ ГОСТ No 5686-69. Доверять такую работу нужно только высококвалифицированным специалистам. Сотрудники компании «СУ-77» работают в этом направлении уже не первый год, справятся с задачами любой сложности в максимально сжатые сроки.

Проведение статических испытаний в ходе инженерных изысканий подразумевает забивку нескольких опорных элементов. Их количество и места погружения определяются в индивидуальном порядке для каждого строительного объекта. Делает это проектная организация.

Испытания опор в ходе их монтажа и при приемке готовой работы осуществляются на сваях, которые расположены на участках с худшими грунтовыми условиями. Делается это также и в тех местах, где ранее были зафиксированы максимально возможные отказы при пробном погружении. Испытания обязательно осуществляются после «отдыха». Время «отдыха» прописано выше, сроки обязательно нужно выдержать.

Особенности проведения статических испытаний 

Испытания статического типа основаны на постепенном нагружении опорных элементов путем воздействия на них статической нагрузкой. Здесь измеряется полученный в ходе нагрузки осадок.

Нагрузки могут быть как критическими, так и предельными. В первом случае прослеживается резкое и незатухающее увеличение уровня осадки опоры, когда свая постепенно проваливается в грунт. Уровень может значительно превышать осадку, которая была предшествующей в ходе оказания нагрузки (примерно в пять раз). Предельная нагрузка примерно на одну ступень ниже, чем критическая.

Ступень нагрузки принимается в индивидуальном порядке. Она составляет примерно 1/10 или 1/15 от ожидаем ой величины общей предельной нагрузки. Чтобы испытания свай были максимально точными, рекомендуется использовать дифференцированную шкалу нагрузок, составляющую в пределах 1/2,5—1/5 (в начале проведения испытания) или 1/10—1/15 (при осуществлении последующих ступеней нагрузки).

Наблюдать за уровнем осадки опоры необходимо после проведения каждой ступени нагрузки до тех пор, пока осадка не затухнет. На затухание указывает тот факт, когда величина осадки будет составлять не более 0,1 мм на протяжении 2 часов постоянных наблюдений.

Измерять осадок требуется с определенной периодичностью:

• На протяжении первого часа измерений – каждые 15 минут.
• На протяжении второго часа измерений – каждые 30 минут.
• Далее – каждый час до полного затухания осадки.

Размер осадки должен фиксироваться максимально точно. Учитываются показатели до 0,1 мм с помощью специальных прогибомеров или точных нивелиров.

После того как нагрузка достигнет критических показателей, выполняется разгрузка по ступеням. Она осуществляется равными ступенями, но в удвоенном порядке. Информация, которая будет получена в ходе проведения испытания свай, фиксируется в специальном журнале проведения статического обследования.

Подбор оборудования для проведения статического испытания свай осуществляется с учетом методики нагружения опор. На сегодняшний день чаще всего используются следующие способы нагружения:

• Укладка грузов на платформу или монтируемую опору.
• Применение домкратов, работающих гидравлическим способом.
• Использование специальных натяжных муфт или лебедок.

Наиболее популярно использование метода, подразумевающего применение гидравлического домкрата. Такое испытание свай будет менее трудоемким, не требует значительных расходов денежных средств. Грузоподъёмность такого оборудования может варьироваться в пределах от 50 до 100 тонн.

Возможно использование специальной реперной системы. Она предназначена для фиксации приборов, которые в последующем будут измерять осадок испытываемой опоры. Конструкция представлена в виде стоек и ригелей.

Стойки – это швеллеры, тумбы или балки. Они погружаются в грунт на глубину порядка 50 см. Если необходимо испытать железобетонные опоры, которые расположены кустовым или ленточным методом, в качестве стоек используются сваи из куста/ряда.

Ригели представлены в виде металлических уголков, размер которых может составлять 7,5х7,5х0,8 см. Они фиксируются со стойками путем использования специальных хомутов. Именно на ригелях фиксируется прогибометр, который будет снимать показатели. Стоит отметить, что на каждом испытываемом опорном элементе должно располагаться по два прогибометра.

Какая документация должна оформляться при проведении статических испытаний свай?

Перечень:

• Тех. задание, которое составляет проектная организация.
• Проект производственных мероприятий.
• План строительного участка, где указаны места расположения испытываемых и анкерных опор.
• Геологический разрез участка. Здесь прописаны физико-механические характеристики почвы.

 

Этапы проведения испытаний свай

1 Испытание почвы динамической нагрузкой

1.1 Общая информация

Динамическая нагрузка может быть ударной, а также вибрационной. Испытания осуществляются с использованием забивных свай, проверяется возможность заглубления опорных элементов на требуемую глубину. Помимо этого, оценивается несущая способность опорного элемента и изучается однородность грунта.

Отказ опоры – это усредненная глубина погружения после одного удара установкой или воздействия вибропогружателем на протяжении 1 мин. Величина отказа измеряется с помощью специальных приборов, погрешность которых составляет порядка одного миллиметра. Если величина отказа менее одного миллиметра, отдельно фиксируются отказы остаточного и упругого типа. Для этих целей используется прогибометр.

Исследование почвы путем воздействия нагрузкой динамического типа, целью которого является уточнение несущих характеристик, не рекомендуется проводить на просадочной почве с естественной влажностью.

1.2 Проведение испытания свай

1.2.1 Забивка и добивка опорного элемента осуществляются с помощью аналогичного оборудования, какое в дальнейшем будет эксплуатироваться при погружении опорных элементов.

1.2.2 Испытание опоры путем воздействия динамической нагрузкой обязательно требует проведения:

• При забивке опорного элемента подсчитываются воздействия молотом на каждый метр заглубления. Учитывается также итоговое число воздействий, а на заключительном метре заглубления подсчеты ведутся через десять сантиметров.
• При вибропогружении опоры подсчитывается время, которое затрачивается на каждый метр заглубления. На заключительном метре учет нужно вести на каждых десять сантиметров.
• Отказ опорного элемента определяется и после «отдыха» опорного элемента.

1.2.3 Длительность «отдыха» прописана в проектной программе. Этот промежуток времени подбирается в индивидуальном порядке, зависит от состава, характеристик и состояния почвы. Он должен быть не меньше:

• Трое суток. Этот срок подойдет для песчаного грунта, не рекомендуется для водонасыщенной мелкой и пылеватой почвы.
• Шесть суток. Такой срок рекомендован для глинистой или разнородной почвы.

Примечания:

• Прорезая песчаный или просадочный грунт, если под опорой присутствуют крупнообломочные и плотные слои с твердой консистенцией, продолжительность «отдыха» может быть сокращена до одного дня.
• Более длительный срок «отдыха» устанавливается при необходимости прорезания водонасыщенного мелкого или пылеватого песка (более 10 суток), глинистого грунта с мягкой или тякучепластичной консистенцией (более 20 дней).

1.2.4 Добивка опорных элементов осуществляется в последовательном порядке, путем совершения 3-5 воздействий. Ударный элемент молота должен падать с одинаковой высоты. Расчетными принимаются средние показатели отказа.

1.2.5 Забивка опоры-зонда осуществляется после того, как будет достигнута заданная глубина. В этом случае нужно контролировать вертикальность расположения звеньев и стрелы, являющей составной частью копрового механизма. Отклонение звеньев может быть не более пяти миллиметров, а мачты – максимум пять градусов.

1.2.6 При осуществлении испытаний свай ведется журнал.

1.3 Особенности обработки результатов

Результаты проведенных испытаний оформляются в виде графиков, где указаны отказы по глубине и зависимость числа ударов.

Масштабируемость графиков:

• 1 см. по вертикали равен одному метру глубины погружения опорного элемента.
• 1 см. по горизонтали равен одному сантиметру отказа опоры при совершении пятидесяти ударов молотом или вибропогружении на протяжении одной минуты.

2. Испытание почвы статической вдавливающей, выдергивающей и горизонтальной нагрузкой

2.1 Общая информация

Испытание грунта с использованием забивной опоры начинается после «отдыха», особенности которого прописаны в пункте 1.2.3. Если опорный элемент погружен в почву путем использования иного способа, начинаются испытания согласно специально разработанной программы (не раньше, чем через сутки после погружения).

Проведение испытания с использованием буровых или набивных опор начинается после того, как свая приобретет порядка 80% проектной прочности. Перед исследованием воздействия на опору проверяются на сплошность.

2.2 Проведение испытаний свай путем воздействия статической вдавливающей нагрузкой

2.2.1 Нагружаются испытуемые опоры в равномерном порядке, без ударного воздействия. Ступени нагрузки прописаны в программе испытаний. Заглубляя столб в крупнообломочный грунт, уплотненный песок, глину. Три первичные ступени имеют максимальную нагрузку. Если опора имеет диаметр более 80 см., проводятся раздельные испытания – по поверхности опорного элемента и нижнему конце.

2.2.2 Каждая ступень подразумевает снятие отсчетов с помощью специальных приборов. Это нужно для уточнения уровня деформации. Процесс осуществляется с определённой периодичностью:

• Нулевой отсчет. Выполняется перед оказанием нагрузки на столб.
• Первичный отсчет. Осуществляется сразу после нагрузки.
• Последовательные три отсчета. Они делаются с интервалом в полчаса.

Дальнейшие отсчеты делаются каждый час до тех пор, пока не деформации не стабилизируются.

Процесс испытания грунта с использованием эталонной опоры подразумевает проведение отсчетов на всех ступенях нагружения. Последовательность проведения:

• Первичный отсчет осуществляется сразу после нагрузки.
• Два отсчета выполняются с интервалом в четверть часа.
• Дальнейшие отсчеты имеют интервал тридцать минут.

Могут присутствовать различия в показаниях контроллеров, которые не должны превышать заверенных показателей:

• 50%, если осадок меньше 1 миллиметр.
• 30%, если осадок в районе 1-5 миллиметров.
• 20%, если осадок больше 5 миллиметров.

2.2.3 Условная стабилизация деформации – осадка опоры на определенной ступени нагружения. Она не должна превышать 0,1 миллиметра при изучении на протяжении часа (для песчаных, глинистых почв с тугопластичной или твердой структурой), при наблюдении на протяжении двух часов (для глинистых почв с мягкопластичной или текучей консистенцией).

Изучая опорные элементы мостовых конструкций, критерием является скорость осадки. Она не должна превышать 0,1 миллиметра при наблюдении на протяжении получаса (для песчаных, глинистых, крупнообмолочных почв с твердой структурой), при наблюдении на протяжении часа (для глинистых грунтов с полутвердой или тугопластичной структурой).

Критерием условной стабилизации при проведении исследования эталонной сваей является скорость осадки опоры на определенной ступени нагружения. Она не должна превышать 0,1 миллиметра при наблюдении на протяжении четверти часа (для песчаных и глинистых почв с твердой структурой), при наблюдении на протяжении получаса (для глинистых почв с тугопластичной или полутвердой структурой), при наблюдении на протяжении часа (для глинистых почв с мягкопластичной/тегучей структурой).

2.2.4 Нагрузка при использовании натурной опоры должна доводиться до осадки порядка 4 см и более, а эталонной опоры – не менее двух сантиметров. Если уровень осадки меньше, время выдержки должно составлять менее пяти часов. Исключение – иной срок в спроектированной программе.

Когда натурные, эталонные столбы заглубляются в песчаный, глинистый, крупнообмолочный грунт, нагрузка должна соответствовать программе, но быть не менее полуторных показателей несущих характеристик.

Организуя контрольное испытание опорного элемента, нагрузка должна быть менее расчетного сопротивления ствола. Если пришлось сделать непредвиденный перерыв, отчеты ведутся от раньше достигнутых значений.

2.2.5 После испытания почвы эталонной сваей II типа, проводится вдавливание нижнего конца на 2 см., а далее – на 1,2 сантиметра, чтобы определить предельное сопротивление на боковых поверхностях. Эти испытания осуществляются без «отдыха» ступенями нагрузки с выдержкой на протяжении четверти часа. В журнал записываются временные промежутки – окончание исследования, начало нового.

После испытания эталонной сваей третьего типа снимаются показания с датчика, который регистрирует данные о сопротивлении почвы.

2.2.6 Разгрузка опоры осуществляется при достижении максимально нагрузки. Ступени приравниваются к двойному значению показателей нагружения, выдержка – не меньше четверти часа. Отсчеты снимаются после каждой разгрузки и спустя четверть часа по завершении наблюдения.

Достигнув нулевого значения разгрузки, наблюдения осуществляются на протяжении получаса (для песчаных грунтов), на протяжении часа (для глинистых грунтов). Отсчеты замеряются каждые пятнадцать минут.

2.2.7 После испытания с помощью эталонной сваи, она извлекается. Выдергивающие усилия должны быть без рывков, по оси опорного элемента.

2.2.8 Полученные данные вносятся в журнал.

2.3 Ускоренное проведение испытаний сваями грунтовой основы путем воздействия вдавливанием.

Инженерные изыскания в ходе проведения строительных работ допускают ускоренное проведение испытания статической вдавливающей нагрузкой. Здесь используется способ релаксации напряжений. В итоге создается графическое изображение зависимости осадки.

2.4 Контрольное проведение испытания свай путем организации принципа волновой теории удара.

Такая методика позволяет оценить уровень сопротивления буровой, набивной или забивной опоры, расположенной строго вертикально. Она основана на уточнении силового/скоростного отклика на воздействие, которое наносится сваебойным молотом.

При проведении испытания может использоваться как классический, так и специальный молот. Он обеспечит погружение опорного элемента, мгновенно создаст квазистатическое сопротивление. Энергия удара подбирается таким образом, чтобы остаточное перемещение составляло не менее двух миллиметров.

Между верхней частью опоры и молотом располагается демпфирующая прокладка, изготовленная из прочного материала. Она гасит высокочастотные импульсы при совершении удара.

Методика волновой теории удара позволит уточнить сопротивление почвы относительно боковой поверхности и пяты, смоделировать осадку.

2.5 Проведение испытания сваей почвы способом статической выдергивающей нагрузки

2.5.1 При испытании применяются те опоры, которые применялись при проведении исследования способом статической вдавливающей нагрузки. Время «отдыха» должно быть аналогичным, как в пункте 1.2.3.

2.5.2 Глубина заглубления опорного элемента при необходимости определения силы нежелательного трения приравнивается глубине просадочной толщины.

2.5.3 Нагружение опор, регистрация отсчетов аналогична, как и при применении натурной опоры (разделы 2.2.1 и 2.2.2).

2.5.4 Критерием условной стабилизации деформации является скорость выхода опоры из почвы на различных ступенях выдергивающих нагрузок. Она должна составлять не больше 0,1 мм на протяжении двух часов наблюдений (для оснований домов/сооружений), на протяжении одного часа наблюдений (для опор мостовых конструкций).

2.5.5 Нагрузка доводится до значения, позволяющего поднять опору из почвы на расстояние не меньше 2,5 сантиметра.

2.5.6 При проведении итогового исследования нагрузка не должна быть большей, чем показатели, прописанные в проектной документации.

2.5.7 После проведения испытаний числовые данные заносятся в журнал.

2.6 Проведение исследования способом статической горизонтальной нагрузки

2.6.1 При проведении такого исследования используются специальные приборы. Они располагаются в плоскости, которая параллельна плоскости действия силы.

2.6.2 Нагружение опоры, снятие отсчетов осуществляется в аналогичном порядке, прописанном в разделах 2.2.1 и 2.2.2.

2.6.3 Критерием условной стабилизации деформаций является время, требуемое для передвижения столба горизонтально на всех этапах нагрузки. Оно не должна быть больше 0,1 миллиметра при изучении на протяжении двух часов.

2.6.4 Нагрузка доводится до показателя, вызывающего смещение опоры горизонтально с учетом данных, прописанных в проектной программе исследования.

2.6.5 При проведении контрольного исследования показатели нагрузки не должны быть выше рассчитываемой нагрузки на опорные элементы, которая прописывается в проектной документации.

2.6.6 Вся полученная информация обязательно вносится в журнал.