Статические и динамические испытания свай нагрузкой: технология проведения

Разработаем рабочую проектную документацию

Все этапы проводимых испытаний записываются в журнал статического вдавливания свай, на основе которого будет написан акт. Его подпишут представитель заказчика, подрядчика, проектной организации и начальник лаборатории. Журнал должен быть правильно оформлен. В нем должно быть обозначено:

наименование строительного объекта;
номера свай, которые подвергаются испытаниям;
технические характеристики опор: материал, размеры, глубина погружения;
способ заглубления: гидравлическим домкратом или тарифицированным грузом;
дата: начало и конец;
тип нагрузки: вдавливание, выдергивание или горизонтальный;
поступенчатая нагрузка;
показания приборов на каждой ступени;
перемещение опорных столбов.

В отчете к журналу должны прилагаться графики, на которых две оси: нагрузки и величина перемещений. Обычно для этого используется масштаб: 1 см – 1 мм смещения, 1 см – 5 тонн нагрузки. Если проводятся испытания большим давлением, то масштаб можно изменить с сантиметров на миллиметры.

Если строится график горизонтальных статических испытаний, тогда вместо оси нагрузок можно использовать время выдержки нагрузки. Для нее масштаб берется 1 см (мм) – 10 минут.

Статическое испытание – надежность и достоверность результатов

Вдавливание свай

Несмотря на то, что испытание свай статической вдавливающей нагрузкой обходится дороже, нежели динамической проверки, но именно этот способ позволяет получить наиболее точные результаты, поскольку он полностью «копирует» фактическую нагрузку на фундамент, которая будет оказываться построенным зданием. В процессе тестирования, которое строго регламентируется снип, опора подвергается достаточно серьезной и постепенно увеличивающейся нагрузке на оголовок, выдергиванию и нагрузке в горизонтальной плоскости – все это позволяет максимально полно протестировать каждый образец.

Как правило, статические испытания буронабивных свай проводят на том участке почвы, где отмечаются наиболее неблагоприятные условия, а количество тестируемых опор определяется руководителем или застройщиком. По большей части, достаточным признается 2-3% от общего количества, которое будет использовано на участке. В том случае, когда строительство ведется исключительно собственными силами, без привлечения подрядных организаций, можно использовать любые способы создания нагрузок. К примеру, нагружать опору железобетонными плитами, при помощи подъемного крана постепенно увеличивая их количество – такой способ достаточно эффективен и не противоречит гост.

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.

Программа испытаний свай с динамической нагрузкой

Все нормативные требования и государственные стандартны требуют, чтобы динамические испытания проходили согласно программам, которые рассчитаны на три дня (в случае песчаного, пылеватого или насыщенного влагой грунта) и на шесть дней (в случае, если почва содержит глинистые массы).

Существует, конечно, множество факторов из-за которых программы могут быть составлены на меньший или больший период.

Так, возможны программы, сроки которых будут достигать один день, либо наоборот – порядка 20 дней. Зависит это, в первую очередь, от грунтов. Если грунт на участке обнаружен особо повышенной плотности, время отказов опор не вызывает подозрений, практические данные сходятся с теоретическими, то нет необходимости ждать простаивание.

В программу динамических испытаний включаются следующие процедуры:

Измерение отказа при погружении опоры вглубь почвы (в случае добивок, точность составляет порядка 1 миллиметра);Точный расчет каждого отдельного удара;Общий счет ударов:Когда последний метр опоры уходит в грунт, удары необходимо подсчитывать каждые 10 сантиметров;Измерение отказа по истечению «времени отдыха»;Полное составление документа, заполненного численными результатами, которые были получены при тестировании.

Во время проверок опорных конструкций, заполняется таблица в специальном журнале проведенных работ.

Мы выполняем все работы под ключ, начиная с геологических исследований и заканчивая устройством ростверка.

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:

крупнообломочные, в составе которых содержится объемных включений более 40%;
набухающие либо засоленные, в случае требования их замачивания для проведения испытаний.

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:

натурными, не отличающимися от обычных по размеру, материалу и конструкции;
эталонными, представляющими собой составную оболочку из металла d=114мм, заглубляемую методом забивания;
зондами – в виде металлических свай d=127мм с заостренными наконечниками и муфтами трения.

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.

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.

Приложение В (рекомендуемое) Схемы конструкций эталонной сваи и сваи-зонда и определение осадки забивной сваи по результатам полевого испытания грунтов эталонной сваей

Приложение Г (рекомендуемое) Расположение выработок для локального замачивания грунта в основании сваи

Приложение Д (рекомендуемое) Форма журнала полевого испытания грунтов динамической нагрузкой

Приложение Е (рекомендуемое) Образец графического оформления результатов полевого испытания грунтов динамической нагрузкой

Приложение Ж (рекомендуемое) Рекомендации по проведению при инженерных изысканиях для строительства ускоренного полевого испытания эталонной сваей грунтов статической вдавливающей нагрузкой методом релаксации напряжений

Приложение И (рекомендуемое) Форма журнала полевого испытания грунтов статическими вдавливающими, выдергивающими и горизонтальными нагрузками

Приложение К (рекомендуемое) Требования к приборам и оборудованию, используемым для оценки сопротивления грунтов основания свай при их испытании методом, основанным на принципах волновой теории удара

Приложение Л (рекомендуемое) Образец графического оформления результатов полевого испытания грунтов статической вдавливающей нагрузкой

Приложение М (рекомендуемое) Образец графического оформления результатов полевого испытания грунтов статической выдергивающей нагрузкой

Приложение Н (рекомендуемое) Образец графического оформления результатов полевого испытания грунтов статической горизонтальной нагрузкой

Приложение П (рекомендуемое) Форма журнала полевого испытания многолетне-мерзлых грунтов статическими вдавливающими и выдергивающими нагрузками

Приложение Р (рекомендуемое) Рекомендации по проведению ускоренного полевого испытания многолетне-мерзлых грунтов статической вдавливающей нагрузкой с динамометрическим загружением

Приложение С (рекомендуемое) Образец графического оформления инженерно-геокриологического разреза для полевых испытаний многолетне-мерзлых грунтов сваями

Приложение Т (рекомендуемое) Образцы графического оформления результатов полевого испытания многолетне-мерзлых грунтов статическими вдавливающими и выдергивающими нагрузками при инженерных изысканиях для строительства

Приложение У (рекомендуемое) Образцы графического оформления результатов контрольного испытания сваи в многолетне-мерзлых грунтах статическими вдавливающими и выдергивающими нагрузками при строительстве

Приложение Ф (обязательное) Определение частного значения предельно длительного сопротивления сваи в многолетне-мерзлых грунтах по результатам полевых испытаний грунтов сваями

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.

Проведение испытаний

Различные типы почвы по-разному реагируют на механическое воздействие:

Так, песок уплотняется и противостоит вхождению сваи с каждым ударом молота всё сильнее. Настолько, что приходиться увеличивать силу удара, но это даёт и большую стабильность уже забитой опоре.
С глиной же, например, дело обстоит иначе: на некоторых позициях бетонное изделие будет проходить одинаково легко, на других станет упираться, а затем снова проваливаться, и всё это может сопровождаться выходом грунтовых вод.

Теперь давайте обо всём более подробно:

Когда и зачем необходимы динамические испытания

Время по отношению к периоду проведения монтажаНазначениеДо начала проектирования столбчатого основанияДля изучения свойств и однородности почвы, и несущих возможностей опорВ период забивания железобетонных изделийДля обнаружения зон строительной площадки, обладающих хорошими и слабыми несущими показателямиПосле полного окончания установкиДля формирования итогового заключения касательно несущих показателей столбов после «отдыха»

Программа испытаний

СНиП на динамическое испытание свай предполагает проведение трёх дней работы в случае песчаного грунта и шести дней в случае глинистого.

Необходимые действия включают в себя:

Выполнение точных замеров отказов, происходящих в процессе погружения столба. При этом необходимо учитывать, что точность выполняемых измерений не должна быть менее одного миллиметра.
Учёт количества всех ударов, исполненных за всё время забивания сваи.
Учёт количества ударов, произведённых в период преодоления слоя грунта толщиной в один метр.
Последние сто сантиметров требуют более тщательного анализа, и прохождение каждого дециметра требует отдельного подсчёта сделанных ударов.
Заключительное определение показателя отказа после «отдыха» в процессе добивания.
После всего обязательно составляется акт динамического испытания свай.

Расчёт

Полученный акт испытания свай динамической нагрузкой мы используем для обнаружения и вычисления связи между величиной отказа опоры и её несущими возможностями при помощи следующей формулы:

G×H=Fu×Sa+G×h+a×G×H, где:

СимволЗначениеG×HПоказатель работы наносящего удар инструментаFu×SaРабота, осуществляемая во время вхождения сваи в грунтG×hРабота на деформации упругого типаa×G×HРабота на деформации неупругого типаFuЗначение сопротивления опоры давлению, осуществляемому на опору вертикальноSaВеличина отказаАПараметрт, благодаря которому учитывается переход кинетической энергии в тепловую

Отказ сваи рассчитывается как среднее арифметическое расстояний погружения изделия от нескольких ударов. Своими руками замерять их можно при помощи специального отказомера или обычной линейки.

Выполнение специалистами

Точная инструкция выполнения динамических испытаний достаточно сложная и трудновыполнимая. Одно дело, если вы создаёте столбчатый фундамент под небольшую постройку наподобие бани или беседки, тогда ещё можно обойтись собственными силами. Но если речь идёт о жилом доме в один и более этажей, то более правильным будет обратиться за помощью к специалистам.

Смета на динамическое испытание свай профессиональной бригадой будет включать в себя перечень всех необходимых услуг, а предоставленный ими акт с журналом выполненных работ содержать следующую информацию:

Название постройки.
Номера опор.
Характеристику свай, а именно:
наименование материала;
длину;
тип;
размеры поперечного сечения;
для деревянных изделий дополнительно указывается верхний и нижний диаметры;
для железобетонных – паспорт завода-производителя.

Полную информацию обо всех повреждениях, полученных опорой в процессе её забивания.
Глубину осуществлённого погружения в грунт.
Техническую характеристику использованного молота, которая содержит следующие данные:
вид;
общую массу;
массу ударной части;
энергию удара;
характеристику наголовника и находящейся в его части прокладки.

Даты начала процесса погружения, всех остановок и окончания.
Фактические отметки расположения дна котлована, нижней и верхней части столба, уровня подземных вод.
Информацию о состоянии головы опоры после окончания всех необходимых работ.
Температуру окружающего воздуха.

Цена работы специалистов составляет около 8000 рублей в зависимости от объёма выполняемой задачи.

Методика проведения испытания грунтов статической вдавливающей нагрузкой

Нагружение испытуемой сваи (натурной, эталонной или сваи-зонда) проводят равномерно, без ударов, ступенями нагрузки, значение которых устанавливается программой испытаний, но принимается не более 1/10 заданной в программе наибольшей нагрузки на сваю. При заглублении нижних концов натурных свай в крупнообломочные грунты, гравелистые и плотные пески, а также глинистые грунты твердой консистенции допускается первые три ступени нагрузки принимать равными 1/5 наибольшей нагрузки. Примечание — Для свай диаметром 800 мм и более допускаются раздельные испытания по боковой поверхности натурной сваи и под ее нижним концом. На каждой ступени нагружения натурной сваи снимают отсчеты по всем приборам для измерения деформаций в такой последовательности: нулевой отсчет — перед нагружением сваи, первый отсчет — сразу после приложения нагрузки, затем последовательно три отсчета с интервалом 30 мин и далее через каждый час до условной стабилизации деформации (затухания перемещения). При испытании грунтов эталонной сваей или сваей-зондом отсчеты на каждой ступени нагружения снимают в такой последовательности: первый отсчет — сразу после приложения нагрузки, затем два отсчета — с интервалом 15 мин и далее — с интервалом 30 мин до условной стабилизации деформации.

Расхождения в показаниях приборов не должны превышать следующих значений: 50% — при осадках менее 1 мм; 30% — при осадках от 1 до 5 мм; 20% — при осадках более 5 мм. За критерий условной стабилизации деформации при испытании натурной сваей принимают осадку сваи на данной ступени нагружения, не превышающую 0,1 мм за последние 60 мин наблюдений, если под нижним концом сваи залегают песчаные грунты или глинистые грунты от твердой до тугопластичной консистенции, или 2 ч наблюдений, если под нижним концом сваи залегают глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции. Нагрузка при испытании натурной сваей должна быть доведена до значения, при котором общая осадка сваи составляет не менее 40 мм. При испытании эталонной сваей или сваей-зондом эта осадка должна быть не менее 20 мм. При меньших осадках продолжительность выдержки сваи под нагрузкой на последней ступени нагружения, даже в случае достижения принятой условной стабилизации, должна составить не менее 5 ч, если в программе испытаний не указан другой срок выдержки стабилизации. При заглублении нижних концов натурных свай в крупнообломочные, плотные песчаные и глинистые грунты твердой консистенции нагрузка должна быть доведена до значения, предусмотренного программой испытаний, но не менее полуторного значения несущей способности сваи, определенной расчетом, и не более расчетного сопротивления ствола сваи по материалу. Разгрузку сваи (натурной, эталонной или сваи-зонда) проводят после достижения наибольшей нагрузки ступенями, равными удвоенным значениям ступеней нагружения, с выдержкой каждой ступени не менее 15 мин. Отсчеты по приборам для измерения деформаций снимают сразу после каждой ступени разгрузки и через 15 мин наблюдений. После полной разгрузки (до нуля) наблюдения за упругим перемещением сваи следует проводить в течение 30 мин при песчаных грунтах, залегающих под нижним концом сваи, и 60 мин — при глинистых грунтах, со снятием отсчетов через каждые 15 мин. В процессе испытания ведут журнал согласно ГОСТ 5686-2012.

Как испытывать сваи для фундамента статической и динамической нагрузкой

Разработаем рабочую проектную документацию

Статическое испытание – надежность и достоверность результатов

Динамическая проверка

Программа испытаний свай с динамической нагрузкой

Общие положения