Определение несущей способности грунтов, полученных при статических испытаниях натурных свай

При устройстве фундаментов современных многоэтажных зданий и сооружений наибольшее распространение получили конструкции с применением свай, как наиболее надежные и универсальные решения для различных инженерно-геологических условий, особенно в условиях залегания мощных толщ слабых, водонасыщенных глинистых грунтов. Поэтому совершенствование методик контроля качества работ и определения несущей способности по грунту свайного фундамента, выполненного по различным технологиям, приобретает особую значимость.

Среди этих методов наиболее достоверными и универсальными для различных геологических условий и технологий являются испытания грунтов статической вдавливающей нагрузкой, выполняемые на предварительно погруженных опытных сваях. С практической точки зрения наиболее важными являются вопросы определения несущей способности грунтов до начала производства работ по устройству свайного фундамента, в этом случае испытания называют предпроектные. Кроме того, после устройства всех свай в целях проверки принятых в проекте решений и контроля качества работ производят контрольные испытания грунтов по этой же методике.
При этом действующими нормативными документами установлено требование обязательного проведения таких испытаний в технологической последовательности, представленной на рис. 1.

 

 

 

Рис. 1. Организационно-технологическая схема проведения статических испытаний грунтов вдавливающей нагрузкой: F_d^испыт, F_d^проект – несущая способность грунтов соответственно полученная при испытания и предусматриваемая проектом.

 

После срока отдыха в грунте проводят испытания, прикладывая к торцу ранее погруженных свай гидравлическими домкратами статическую вдавливающую нагрузку. Испытания производят по достижении максимальной нагрузки, определяемой отношением P=1,5F_d^проект , или до достижения осадки на сваю более s=40 мм. После «отдыха» свай в грунте (для заводских свай в водонасыщенных песках – 10 сут, в пластичных грунтах – 20 сут, для буронабивных свай – 28 сут) выполняют «ступенчатое» статическое вдавливание центральной сваи до максимальной нагрузки, равной полуторному значению расчетной несущей способности сваи, или до срыва (осадки более 40 мм).

Следует отметить, что  на основании ГОСТ 5686-94 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями» п. 8.2.4 «нагрузка при испытании натурной сваей должна быть доведена до значения, пpи котором общая осадка сваи составляет не менее 40 мм». Кроме того, «пpи заглублении нижних концов натурных свай в кpупнообломочные, плотные песчаные и глинистые грунты твердой консистенции нагрузка должна быть доведена до значения, предусмотренного программой испытаний, но не менее полуторного значения несущей способности сваи (к=1,5), определённой расчётом, или расчётного сопротивления сваи по материалу».

На практике, для грунтов Санкт-Петербурга для оценки несущей способности грунтов максимальную нагрузку при испытании свай доводят до следующих значений:

- до массового погружения к=1,5 от расчетной нагрузки  на сваю;

- после массового погружения к=1,2.

По результатам испытаний строят график зависимости осадки сваи от прикладываемой нагрузки, на основании которого с учетом критерия предельной осадки для данного типа здания определяют несущую способность грунтов. Вся эта информация приводится в отчете об испытаниях грунтов сваями.

По техническому заданию проектной организации в разных точках площадки в осях планируемого объекта погружаются «кусты» свай (минимум 2 шт.) вблизи разведочных скважин для последующего испытания грунтов (рис. 2).

До начала работ специализированные организации, имеющие соответствующий допуск саморегулируемой организации, разрабатывают программу статических испытаний грунтов сваями. Состав программ испытаний грунтов определяется ГОСТ 5686-94 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями» приложение А. В программах полевых испытаний свай необходимо указывать следующее:

- места проведения испытаний (наименование объекта);

- вида и конструкции свай, их фоpмы и pазмеpов;

- способов погружения свай или их устpойства (для буронабивных свай);

- расчётные нагрузки на сваи;

- краткое описание грунтовых условий объекта;

- количество испытываемых свай;

- привести констpуктивную схему установки для испытания свай;

- напpавление и значение ступеней нагpузок;

- наибольшие нагpузки или наименьшие пеpемещения свай пpи испытаниях (осадки, выходы из гpунта, гоpизонтальные пеpемещения);

- вид, матеpиал, pазмеpы, констpукция, глубина погpужения пpи использовании анкеpных свай (обычно эта информация содержится в схеме установки испытательного оборудования).

 

Рис. 2. Схема проведения испытания грунтов сваями статической вдавливающей нагрузкой: а – испытательная установка; б – результаты испытаний в виде графика зависимости осадки сваи (S) от усилия вдавливания (P): 1 – связующая металлическая балка; 2 – металлическая тяга; 3 – реперная система, фиксирующая осадки сваи; 4 – гидравлический домкрат; 5 – испытуемая свая; 6 – анкерные сваи.

 

В «куст» свай в зависимости от проектной расчетной и максимальной вдавливающей нагрузки на сваю входит 1, 5, 7 свай. Центральная свая служит для загружения грунтов осевой вдавливающей нагрузкой, крайние сваи – анкеры, работающие на выдергивание. Нагрузка передается на голову испытуемой сваи гидравлическими домкратами, упираемыми в металлическую балку, объединяющую анкерные сваи. Существует схема испытания грунтов одной сваей, загружаемой инвентарными металлическими пригрузами с грузовой платформы (рис. 3).

 

Рис.3. Схема испытания с помощью грузовой платформы и инвентарных грузов: 1 – свая; 2 – инвентарные металлические грузы на деревянных прокладках; 3 – упорная балка; 4 – станина; 5 – домкрат; 6 – стопорный палец;  реперная система контроля осадок сваи условно не показана.

 

При испытании грунтов буронабивными сваями металлические балки (длиной 2,5; 6,0; 8,5 м) крепят к продольной арматуре каркасов анкерных свай на сварке. В этом случае количество анкерных свай необходимо определять по табл. 1. Возможные схемы испытаний грунтов в зависимости от расположения и количества анкерных свай показаны на рис. 4. Для нагружения заводской сваи можно использовать массу конструктивных элементов установки вдавливания (рис. 5).

 

Рис. 4. Схемы испытаний грунтов статической вдавливающей нагрузкой в зависимости от расположения анкерных свай: а, б – с 4 и 6 анкерными сваями и одной балкой соответственно; в, г – с 8 и 6 анкерными сваями и двумя балками соответственно; д – с 4 анкерными сваями и двумя балками; е, ж – с 2 анкерными сваями, одной балкой и грузовой платформой.

Таблица 1

Диаметры продольной арматуры каркасов анкерных буронабивных свай

при испытании грунтов статической вдавливающей нагрузкой

в зависимости от максимальной нагрузки

При этом во вдавливающем узле зажимается инвентарная стальная свая и наводится на оголовок испытуемой сваи с установленным гидравлическим домкратом. Далее проводятся испытания с выдерживанием ступеней нагружения согласно существующей нормативной методике.

При составлении технологической карты для определения схемы испытания грунтов сваями следует пользоваться данными табл. 2.

Таблица 2

Количество свай в «кусте» при испытании грунтов сваями статической вдавливающей нагрузкой для многоэтажного строительства

По результатам испытаний строится график зависимости осадки сваи от усилия вдавливания, по которому проектная организация определяет несущую способность сваи по грунту (рис. 2, б). Вся эта информация содержится в отчете по результатам испытаний грунтов сваями, которые составляет специализированная организация.

Определяется предельное сопротивление сваи – нагрузка, при которой испытываемая свая получила осадку S, принимаемую по формуле:

S = ξ S_u,_mt , см ,

где ξ – коэффициент перехода от предельного значения средней осадки фундамента здания или сооружения S_u,mt в см к осадке сваи, полученной при статических испытаниях, принимается равным 0,2.

Например, для здания с несущими конструкциями из монолитного железобетона предельное сопротивление определяется по графику при осадке S = 0,2 ∙ 18 = 3,6 см.

Рис. 5. Схема проведения испытания грунтов заводскими сваями статической вдавливающей нагрузкой с помощью установки вдавливания: 1 – испытуемая свая; 2 – реперная система; 3 – грузовая платформа с пригрузами; 4 – узел вдавливания; 5 – инвентарная свая; 6 – установка УСВ-120 (160); 7 – гидравлический домкрат.

 

Материал подготовлен к.т.н. Гайдо А.Н.