Наиболее достоверный метод определения несущей способности свай (методика и оборудование)

Из всех существующих методов определения параметров свайных фундаментов методы испытаний натурных свай дают самые достоверные результаты. В то же время эти методы являются самыми дорогими. Испытания, как правило, проводятся в течение длительного времени, требуют больших затрат на организацию работ.

Ø Цель испытаний.

Полевые испытания грунтов сваями выполняются с целью проверки соответствия несущей способности свай расчетным нагрузкам, установленным в проекте свайного фундамента.

Ø Методы испытаний.

Для оценки несущий способности свай используются два метода полевых испытаний грунтов сваями:

- динамической нагрузкой;

-статическими вдавливающими, выдергивающими и горизонтальными нагрузками.

Испытания грунтов динамической нагрузкой проводят только забивными сваями. Динамическая нагрузка передается ударным или вибрационным способами (в зависимости от способа погружения свай, принятого в проекте свайного фундамента).

Испытание грунтов статическими нагрузками выполняются с использованием любых типов свай (забивные, опускные, буровые, инъекционные, набивные и т.д.).

Ø Виды испытания грунтов статической нагрузкой.

Испытания свай статической нагрузкой могут выполняться:

- в грунтах природной (естественной) влажности;

- в предварительно замоченных грунтах (просадочные грунты, грунты изменяющие свои свойства при водонасыщении).

Ø Требования к опытным сваям.

Опытные сваи, подлежащие испытаниям статическим нагрузкам, должны быть забиты и изготовлены (опускные, буронабивные и т.д.) в соответствии с требованиями проекта свайного фундамента.

После забивки или устройства опытных свай они должны «отдохнуть».

Продолжительность отдыха зависит от разновидности грунтов, прорезаемых сваей, и составляет не менее:

1 суток – для крупнообломочных, плотных песчаных и глинистых грунтов твердой конструкции;

3 суток – для песчаных грунтов, кроме водонасыщенных мелких и пылеватых;

6 суток – для глинистых грунтов от полутвердой до тугопластичной консистенции;

10 суток – для водонасыщенных мелких и пылеватых песков;

20 суток – для глинистых грунтов от мягкопластичной до текучей консистенции.

Для устраиваемых на площадке буровых или набивных свай продолжительность «отдыха» свай должна дополнительно регулироваться временем, необходимым для схватывания бетона – не менее 28 суток.

Оголовок опытной сваи не должен иметь сколов и трещин. В зимний период грунт вокруг сваи должен находиться в талом состоянии (предварительный прогрев грунта на величину сезонного прмерзания).

Ø Используемое оборудование.

Для испытания грунтов сваями статической вдавливающей нагрузкой используется оборудование:

- гидравлический домкрат грузоподъемностью 100 или 200 тонн в комплекте с насосной станцией НСР – 400м и манометром – для передачи вертикальной нагрузки на сваю;

- реперная система, состоящая из 2-х анкеров, жесткого уголка, свайного хомута и 2-х индикаторов часового типа для измерения текущих осадок опытной сваи;

- металлического стенда, грузоподъемностью 100 или 200 тонн, равномерно загруженного балластным грузом необходимой массы, для восприятия реактивных нагрузок от гидравлического домкрата.

Указанное оборудование должно быть смонтировано в строгой последовательности на предварительно спланированной площадке вокруг сваи.

Ø Проведение испытаний.

После монтажа силового оборудования на сваю проводятся непосредственные испытания.

Основной задачей испытаний является получение фактической зависимости осадки сваи от передаваемой нагрузки.

Нагрузка на сваю передается ступенчато. Величина каждой ступени определяется в зависимости от принятой в проекте свайного фундамента расчетной нагрузки и, обычно составляет 2,5 или 5,0 тонн.

После передачи ступени нагрузки ведут наблюдение за осадкой сваи через определенные промежутки времени (первый час 15 минут, второй час – через 30 минут, далее – через 1 час) до условной стабилизации.

Стабилизация осадки сваи считается условно достигнутой, если ее приращение за последние 1 или 2 часа (в зависимости от разновидности грунта) не превышает 0,1 мм.

После достижения стабилизации на ступени нагружения, на опытную сваю передается новая величина нагружения и т.д. до завершения испытаний.

Испытания считаются завершенными в двух случаях:

1. Опытная свая достигла суммарной осадки (S) составляющей 40 мм более

2. В результате передачи нагрузки, оголовок опытной сваи разрушился (превышен предел прочности по материалу опытной сваи).

После завершения статического нагружения опытной сваи производится ее разгрузка, путем ступенчатого снятия нагрузки и фиксацией упругих осадок.

Ø Обработка результатов испытаний грунтов сваей статической нагрузкой.

После проведения полевых испытаний журнал передается в камеральную группу, где производится обработка полученных данных.

Результатом обработки является график зависимости осадки опытной сваи от передаваемой нагрузки по которому определяется частное значение предельного сопротивления сваи.

Для получения величины расчетной нагрузки на сваю, частное значение предельного сопротивления сваи делится на коэффициент безопасности 1.2.

В пределах отдельностоящего здания или сооружения должно быть выполнено не менее двух испытаний грунтов сваями статической нагрузкой.

15. Цели и методика выполнения статического зондирования.

Методы зондирования:

Ø Динамическое зондирование (ударное и ударно-вибрационное);

Ø Статическое зондирование.

Цель испытаний:

Ø Зондирование выполняется для выделения инженерно-геологических элементов (мощности, границы распространения отложений различного состава и строения);

Ø Определения однородности пород по площади и глубине;

Ø Выяснения глубины залегания кровли скальных и крупнообломочных пород;

Ø Приближенной оценки физико-механических характеристик пород (плотности сложения, угла внутреннего трения, модуля деформации и т.д.);

Ø Определения степени уплотнения и упрочнения во времени искусственно сложенных (насыпных и намывных) грунтов;

Ø Изучения пространственной изменчивости пород и выбора мест расположения опытных площадок для этой цели;

Ø Определение несущей способности свай.

Подготовка к испытанию:

Ø Вынос в натуру точек зондирования;

Ø Горизонтальная планировка площадки;

Ø Проверка вертикальности установки мачты;

Ø Проверка прямолинейности звеньев (штанг) зонда;

Ø Проверка степени износа наконечника зонда;

Ø Проверка соответствия параметров применяемого оборудования установленным стандартам.

Статическое зондирование.

Статическое зондирование - процесс погружения зонда в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.

Ø Условия применения.

Применяется для испытания песчаных и глинистых немерзлых пород с содержанием частиц крупнее 10 мм до 25%.

Ø Сущность метода.

Статическое зондирование производится вдавливанием зонда в породу с одновременным измерением непрерывно или через заданные интервалы по глубине показателей сопротивления породы:

- удельное сопротивление грунта под наконечником (конусом) зонда q_с;

-общее сопротивление грунта на боковой поверхности Q_s.

Ø Преимущества и недостатки метода.

Статическое зондирование – это один из наиболее эффективных и общепризнанных методов.

Основные его преимущества – быстрота опыта, надежность результатов, широкие возможности для механизации и автоматизации работ.

К недостаткам метода следует отнести ограниченную по сравнению с динамическим зондированием глубину погружения зонда в плотных породах, а также необходимость восприятия реактивного усилия вдавливания, что осложняет выполнение работ.

Ø Оборудование.

В состав установки для испытания грунта статическим зондированием должны входить:

- зонд (набор штанг и конический наконечник);

- устройство для вдавливания и извлечения зонда;

- устройства для измерения нагрузки и показателей сопротивления грунта.

Ø Проведение испытаний.

- Статическое зондирование следует выполнять путем непрерывного вдавливания зонда в грунт, соблюдая порядок операций, предусмотренный инструкцией по эксплуатации установки.

- Перерывы в погружении зонда допускаются только для наращивания штанг зонда.

- В процессе зондирования необходимо осуществлять постоянный контроль за вертикальностью погружения зонда.

- Показатели сопротивления грунта следует регистрировать непрерывно или с интервалами по глубине погружения зонда не более 0,2 м.

- Скорость погружения зонда в грунт должна быть (1,2 ± 0,3) м/мин.

- Испытание заканчивают после достижения заданной глубины погружения зонда или предельных усилий. По окончании испытания зонд извлекают из грунта, а скважину тампонируют.

- Регистрацию показателей сопротивления грунта внедрению зонда производят в журнале испытания, на диаграммной ленте или в блоке памяти системы регистрации.

Ø Обработка результатов.

По данным измерений, полученных в процессе испытания, вычисляют значения Q_s, q_c и строят графики изменения этих величин по глубине зондирования.

Графики статического зондирования анализируют совместно с инженерно-геологическими колонками и разрезами.

По данным статического зондирования определяют плотность сложения песков, консистенцию глинистых пород и ориентировочные значения физико-механических характеристик песчано-глинистых пород, которые можно использовать в тех же случаях, что и характеристки, полученные по данным динамического зондирования.

На основании данных о плотности в соответствии со СНиП 2-15-74 назначают условное расчетное давление на пески.

Одно из главных направлений в использовании статического зондирования – определение несущей способности свай. Расчет производится в соответствии со СНиП 2-17-77 «Свайные фундаменты».