В соответствии с требованиями ГОСТ необходимо осуществлять статические испытания свай. В зависимости от поставленных задач выбираются определенные методики, при помощи которых получают достоверные результаты, позволяющие делать выводы.
При завершении работ получают экспериментальные данные, по которым определяют зависимость осадкой, т. к. вертикальным перемещением сваи, и нагрузкой на нее. Также определяют стабилизацию деформацией, т. е. выясняют, как развивается осадка на каждой ступени. Комплексные трудоемкие работы позволяют понять, какую нагрузку способна выдерживать свая, чтобы возведенное здание было прочным и долговечным.
Если рассматривать все методы, при помощи которых тестируют сваи, именно испытания со статическими нагрузками предоставляют возможность обеспечить высокую точность и достоверность выводов. Соответственно, создаются условия для реализации экономически рациональных проектов. Важно, что решения принимаются на основе фактических результатов, а не примерных расчетных.
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.
Какое оборудование используется?
При проведении статических испытаний применяются комплекты балок, а также грузовые платформы, масляные станции, гидравлические домкраты и другое оборудование. Сегодня несложно обеспечить точность статистических данных до 0.01 %. Это на порядок выше величины, предписанной нормативными документами. Калибровка и проверка являются обязательными мероприятиями перед каждым применением специализированного оборудования.
Подготовка к испытаниям
Важно, чтобы сваи соответствовали всем требованиям, предъявляемым к подобной продукции. Разрабатывается программа проверки прочности, в соответствии с которой и проводятся статические испытания.
Предназначенная для испытания свая с разрушенной головой на участке с дефектом должна быть обрублена. Обратная сторона должна быть выровнена, в ней необходимо образовать плоскость. Нормативными документами регулируется возможное отклонение от проектных данных.
Если предполагается использовать выдергивающую нагрузку, сначала сваю готовят необходимым образом, который выбирают в соответствии с определенным способом передачи нагрузки.
Практично выполнять статические испытания в вечномерзлых грунтах, для них используются стандартная и ускоренная методики. Специальные термические датчики позволяют определять температуру почвы.
Важно, чтобы испытатели обладали опытом работы с просадочными и другими сложными грунтами. Перед тем как приступить к работе, необходимо увлажнить грунт, который находится вокруг сваи. ГОСТ 5689-2012 четко определяет, как рассчитывать необходимое количество воды.
Принципиальные схемы установки
В ГОСТе есть множество приложений, предметно разъясняющих, какими схемами следует пользоваться при испытании свай. Чаще всего применяются следующие:
- установка с анкерными сваями и системой балок, что становится надежным упором для работы домкрата;
- установка с грузовой платформой, которая используется для аналогичных целей.
Особенности использования системы балок и анкерных свай, грузовой платформы
На платформе находится пригруз, собственный вес которого передается на сваю в качестве усилия домкрата.
На анкерные сваи приходится усилие домкрата посредством металлических балок. Сечение балок и их количество рассчитываются так, чтобы нагрузка на сваю была максимальной. Обеспечение устойчивости и жесткости является обязательным.
Грузоподъемность грузовой платформы ограничивает ее применение. Как правило, она не выше 200 тонн. Из этого следует, что при необходимости обеспечить усилие большей величины следует применять систему, состоящую из балок и анкерных свай.
Методика проведения испытаний
Важно, чтобы нагружение испытуемой сваи происходило равномерно. Не следует допускать ступенчатые нагрузки или удары. При разработке программы определяется величина максимальной нагрузки. В процессе испытаний обеспечивается усилие, которое не должно превышать 1/10 от расчетной величины.
При работе на крупнообломочных грунтах заглубление натурных свай можно допускать в три ступени. Это же правило касается и плотных песков, глинистых грунтов плотной консистенции.
Если диаметр сваи больше 80 см, можно производить испытания отдельно для ее нижнего конца и боковой поверхности.
Обязательно оформляются отчеты об испытаниях – определяются и фиксируются показания приборов на каждом из этапов нагружения. Первый отчет формируется еще до начала действия нагрузки. Второй – сразу после начала нагружения, далее – через определенные интервалы времени, в соответствии с разработанной программой.
Важно учитывать, что показания приборов не должны отличаться более следующих значений:
- 20 % при осадках более 5 мм,
- 30 % при осадках 1-5 мм,
- 50 % при осадках менее 1 мм.
В качестве критерия условной стабильности принимают осадку оборудования на текущей стадии нагружения, если за час она не превысила 0.1 мм, при условии, что под нижним концом – грунты, относящиеся к тугопластичной категории. Если почвы глинистые или сыпучие, временной интервал увеличивают в два раза.
Важно довести нагрузку до такой величины, чтобы полная осадка натурной сваи происходила за 40 минут или более. Если в работе свая-зонд или эталонная, то это время должно составлять более 20 минут.
Если осадки меньше, проверка должна продолжиться не менее 5 часов, даже если достижение принятой условной стабилизации произошло ранее. Это правило является обязательным, если в программе не предусмотрен другой временной интервал.
При работе с плотными или крупнообломочными грунтами важно, чтобы нагрузка была доведена до программных значений. Однако она не может быть меньше полуторного значения показателя, который способна выдерживать свая по документации. Также она не должна быть больше расчетного сопротивления материала ствола сваи.
Разгрузку всех видов свай осуществляют тогда, когда достигнуто максимальное нагружение. Это организовывается ступенями. После прохождения каждой из них снимают показания приборов. Как правильно вести журнал и фиксировать показания, описано в соответствующем ГОСТе.
Возможности для экономии на создании фундаментов
С целью исключения увеличения количества свай выполняют статические испытания. В результате производится необходимое количество испытаний. Оказалось, что несущая способность материалов существенно превосходит проектную.
Соответственно, легко прийти к выводу, что грамотно организованные испытания помогают сократить количество свай, что приводит к существенному уменьшению затрат на устройство фундамента.
Использование статической выдергивающей нагрузки
Если предполагается, что в будущем фундаменте будет возникать выдергивающее напряжение, для контроля устойчивости фундамента используются аналогичные нагрузки. Чтобы провести такие испытания, составные и бетонные сваи не используются. Также не берут сваи с уширенной пятой, предварительно напряженные без поперечного армирования, винтовые.
Под критерием условной стабилизации деформации подразумевается скорость, с которой свая будет выходить из грунта. В программе прописывают несколько ступеней воздействия. Для свай фундаментов сооружений и зданий, за исключением мостов, должно быть не более 0.1 мм за прошедшие два часа. Для мостов берут период в один час.
Нагрузка должна достигать таких значений, чтобы подъем сваи происходил минимум на 25 мм. Программой испытаний определяется максимальное значение воздействия.
В проекте свайного фундамента есть расчетная нагрузка на сваю. Соответственно, при испытаниях усилия не должны ее превышать. ГОСТом определяется порядок фиксации показателей, получаемых в ходе эксперимента.
Как используют статическую горизонтальную нагрузку
Чтобы приборы могли точно выполнять измерения, их устанавливают в плоскости, которые являются параллельными направлению действия силы. Минимум два уровня используется для этого: поверхность грунта, место приложения нагрузки. В программе может быть прописано и большее количество мест использования приборов.
Испытания и фиксация результатов происходят аналогично с методикой воздействия вдавливающей нагрузкой. Воздействие должно достичь такой силы, при которой начнется горизонтальное перемещение сваи. Усилие должно быть больше уровня нагрузки на сваи, рассчитанного проектировщиками.
Как готовятся испытания
Если грунты многолетнемерзлые, важно предотвратить смерзание сваи с ними. Для этого обеспечивают ряд мероприятий; бурение размерами, превышающими диаметр оборудования, проходка шурфа и пр.
После погружения свай в такие грунты осуществляют раз в неделю измерение температуры по всей длине с интервалом в один метр и менее. Испытания при работе с забивными и буронабивными сваями должны начинаться минимум через неделю после их монтажа. Изыскания при работе с буронабивными начинаются при обретении бетоном 80 % запланированной в проекте прочности.
Нагружение также должно быть организовано равномерно, без ударов, посредством увеличения усилия ступенями. Программой испытаний определяется уровень нагрузки, но усилие не должно быть меньше 1/5 максимальной расчетной нагрузки. Показатели снимаются на каждом этапе и фиксируются в журнале в соответствии с требованиями ГОСТа. Обязательна выдержка каждой ступени нагружения до условной стабилизации деформации. Этот период не может быть менее 24 часов.
Критерием условной стабилизации принимают скорость усадки, не превосходящую 0.2 мм в течение 24 часов.
Обязательно, чтобы нагрузка дошла до значения, при котором на определенной ступени приложения усилия стабилизация деформации отсутствует. Эксперимент может быть завершен только тогда, когда показатель осадки в три раза или больше превысит показатель, который был получен на предыдущей ступени. Разгрузка также организовывается ступенями. Между изменениями усилий должно происходить 15 минут и более.
Важно, чтобы эксперименты со сваями производились при естественной влажности грунта. В просадочных грунтах может быть сначала осуществлено увлажнение. Сколько использовать воды, описано в нормативных документах.
Иногда можно замачивание грунта не осуществлять, но для этого необходимо соответствующее обоснование.
В качестве заключения
Все результаты, полученные в ходе статических испытаний свай, обязательно фиксируются строго в соответствии с требованиями, описанными в ГОСТе. На их основе специалисты строят графики зависимости осадки от нагрузки. В зависимости от выбранной методики испытаний выбирается способ построения графических зависимостей, чтобы обеспечить наглядность обоснований.
Целью проведения экспериментов, независимо от выбранной методики, является получение данных о фактической способности свай выдерживать нагрузки. Такая работа позволяет возводить фундаменты, характеризующиеся максимальной прочностью и надежностью, а также оптимизировать расходы на строительство. Анализ статистики помогает получить максимально достоверные результаты.