Лекция 7. Испытание грунтов натурными и эталонными сваями

Метод эталонных свай проводится на песчаных, глинистых грунтах, а так же на крупнообломочных грунтах с целью определения несущей способности.

Полевые испытания проводят последовательно на воздействие динамической и статической нагрузкой ступенями.

В комплект оборудования входит: эталонная свая, устройства для ее забивки, для испытания грунтов на воздействие статической нагрузкой и извлечения эталонной сваи. Параметры сваи: наружный диаметр 114 мм, угол при вершине 60˚, длинна отдельных звеньев - 1 м, общая длина свай не более 12 м.

Эталонные сваи подразделяются на три типа в зависимости от конструкции соединения конического наконечника со стволом:

1 тип с наконечником, свободно перемещающимся вокруг ствола сваи для попеременного раздельного сопротивления грунтов (вдавливанию сваи) под нижним концом и на боковой поверхности;

2 тип с наконечником, наглухо соединенным со стволом, для измерения общего сопротивления грунтов вдавливанию сваи;

3 тип с наконечником, соединенным со стволом сваи через датчик усиления, для одновременного раздельного измерения сопротивления грунтов под нижним кольцом и на боковой поверхности.

Общий вид Нижняя часть с наконечником

1 – труба (ствол сваи);

2 – ниппель;

3 – наголовник;

4 – глухой наконечник;

5 – муфта;

6 – выдвигаемый наконечник;

7 – датчик усилия;

8 – наконечник;

9 – войлочная прокладка;

10 – болт для крепления датчика усилия к наконечнику

Рис. 15. Схемы конструкций эталонной сваи

Масса молота для забивки – 400 кг, высота падения – 150 см.

Результаты испытаний оформляются в виде графиков зависимости осадки S от нагрузки и изменения осадки S во времени (по ступеням нагружения) рис. 16.

Приборы для измерения информации должны обеспечивать погрешность измерений не более 0,1 мм, приборов (индикаторы, прогибомеры и т.д.) должно быть не менее двух.

Испытания следует начинать после «отдыха»: 3 суток – при песчаных грунтах, не менее 10 суток – при прорезании водонасыщенных мелких и пылеватых; 6 суток – при глинистых грунтах, не менее 20 суток для глинистых грунтов мягко- и текучепластичной консистенции.

В процессе испытания свай ведется журнал.

Масштаб графиков:

по вертикали – 1 см, равный 1 мм осадки сваи;

по горизонтали – 1 см, равный 25 кН (2,5 тс) нагрузки и 30 мин выдержки нагрузки

График зависимости осадки График изменения осадки

сваи S от нагрузки P сваи S во времени t

(по ступеням нагружения)

Рис. 16. Образец оформления результатов испытаний вдавливающей нагрузкой на эталонную сваю.

Примечание. Аналогично графику S=ƒ(P) зависимости общей осадки сваи S от нагрузки P строят графики зависимости перемещений наконечника и ствола эталонных свай типов II и III и сваи-зонда от нагрузки.

Частное значение предельного сопротивления по грунту Ф, кН (т.с), в точке испытания грунтов эталонной сваей должно определяться, так:

Ф=и/и_э*Ф_пр.э,

где и – параметр конечного сечения ствола натурной сваи, м; и_э – параметр поперечного сечения ствола эталонной сваи, м; Ф_пр.э – частное значение предельного сопротивления эталонной сваи, кН (т.с).

Расчет несущей способности свай по результатам испытаний эталонных свай производится по СНиП 2.02.03-85.

Полевые испытания свай проводятся в комплексе проектно-изыскательских работ с целью получения данных, необходимых для обоснования выбора проекта фундаментов и определения их параметров, в том числе:

- проверки возможности погружения свай на намечаемую глубину, а так же относительной оценки однородности грунтов по их сопротивлению этому;

- определения зависимости перемещения свай в грунте от нагрузки.

Полевые испытания свай при строительстве должны проводиться с целью контроля соответствия их несущей способности расчетным нагрузкам, предусмотренным в проекте свайного фундамента.

Полевые испытания свай производятся нагрузками, предусмотренными в табл. 40.

Таблица 40

Виды нагрузок		Виды испытываемых свай
Динамические (ударные и вибрационные)		Погружаемые всех видов
Статические (ступенчато возрастающие)	Осевые вдавливающие	Погружаемые и устраиваемые в грунте всех видов
	Осевые выдергивающие	Погружаемые и устраиваемые в грунте всех видов, кроме бетонных и погружаемых – сращенных по длине, а так же железобетонных предварительно напряженных без поперечного армирования
	Горизонтальные	Погружаемые и устраиваемые в грунте всех видов, кроме бетонных

Полевые испытания свай в комплексе проектно-изыскательских работ проводятся по программе. Количество свай, подлежащих полевым испытаниям, проводимым в комплексе проектно-изыскательских работ, устанавливается и обосновывается программой. Испытания проводятся на участке, отведенном под строительство проектируемых сооружений, на расстоянии не более 5 м и не менее 1 м от горных выработок, из которых отбирают монолиты для лабораторных исследований.

В процессе испытания свай ведется журнал, а результаты оформляются в виде графиков.

Несущая способность свай по результатам полевых испытаний определяется в соответствии с главой СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Метод испытания забивных свай динамической (ударной и вибрационной) нагрузкой

Испытание забивных свай динамической нагрузкой проводят для проверки возможности погружения свай на намеченную глубину, оценки несущей способности свай, определяемой по величине отказа, а также для ориентировочной оценки однородности грунтов по их сопротивлению погружению.

Испытания свай динамической нагрузкой должны включать:

• при забивке – подсчеты количества ударов молота на каждый метр погружения и общего количества ударов, а на последнем метре - на каждые 10 см погружения;

• при вибропогружении свай – подсчеты времени на каждый метр погружения и общего времени погружения, а на последнем метре – времени на каждые 10 см погружения;

• определение отказов забивных свай при добивке после «отдыха», т.е. после перерыва между окончанием забивки и началом добивки.

Добивку свай производят последовательными залогами из 3 и 5 ударов, после «отдыха». Высота падения ударной части молота при добивке должна быть одинаковой для всех ударов.

За расчетный принимается наибольший средний отказ.

В процессе испытания забивных свай динамической (ударной и вибрационной) нагрузкой должен вестись журнал.

Результаты испытаний каждой сваи должны быть оформлены в виде графиков изменения отказов по глубине и зависимости общего количества ударов от глубины погружения (рис. 17).

Масштаб графиков принимают:

- по вертикали – 1 см, равный 1 м глубина забивки сваи;

- по горизонтали – 1 см отказа сваи, 50 ударам молота при забивке; 1 мин. При вибропогружении.

Рис. 17. Образец графического оформления результатов полевого испытания талых грунтов динамической нагрузкой

Метод испытания свай статическими осевыми вдавливающими нагрузками

Испытания проводят для установления несущей способности свай на вдавливание и зависимости от перемещения в грунте от нагрузок.

Оборудование для испытаний должно включать систему упоров, домкраты или тарированный груз, реперную систему с измеряющими приборами.

Схема установки для испытания статической вдавливающей нагрузкой приведена на рис. 18.

Рис. 18. Схема установки для испытания статической вдавливающей

нагрузкой

1 - испытываемая свая;

2 - анкерная свая;

3 - реперная система с прогибомерами;

4 - домкрат с манометром;

5 - система упоров балок;

10 - термометрические устройства.

Нагрузка на сваю передается центрально и осно. При испытании установками с анкерными сваями количество последних следует назначать в зависимости от максимальной заданной нагрузки при испытании величины предельного сопротивления анкерных свай выдергиванию (по грунту) и их прочности по материалу при растяжении.

Глубина погружения анкерных свай не должна превышать глубины погружения или заложения испытываемой сваи. Расстояние в осях от испытываемой сваи до анкерной или ближайшей опоры грузовой платформы, а также до опор реперной установки должно быть не менее 5 наибольших размеров поперечного сечения сваи.

Испытание статической вдавливающей нагрузкой забивных свай начинают после их «отдыха». Загружение испытываемой сваи должно производится равномерно, без ударов, ступенями нагрузки, величина которых определяется программами испытаний, но не более 1/10 заданной нагрузки на сваю. Нагрузка при испытании свай должна быть доведена до величины, вызывающей их осадку не менее чем на 40 мм, кроме случаев заглубления нижних концов свай в крупнообломочные грунты, плотные пески и т.д.

Наблюдение за упругим перемещением (осадкой) сваи ведут при каждой ступени разгрузки в течение 15 мин, после полной разгрузки (до нуля) в течение 0,5 ч – при песчаных грунтах, залегающих под нижним концом сваи, и 1 ч – при глинистых грунтах с взятием отсчетов через каждые 15 мин.

Результаты испытаний оформляются в виде графиков зависимости осадки (перемещения) от нагрузки S=f(P) и изменения осадки (перемещения) во времени по ступеням нагружения S=f(t) (рис. 19).

График зависимости осадки График изменения осадки

сваи S от нагрузки P сваи S во времени t

(по ступеням нагружения)

Рис. 19. Образец графического оформления испытания свай вдавливающей нагрузкой

Испытание свай статическими осевыми выдергивающими нагрузками

Испытание свай статическими осевыми выдергивающими нагрузками проводят для установления их несущей способности на выдергивание.

Для испытания свай статическими осевыми выдергивающими нагрузками допускается использовать сваи, которые были ранее испытаны. Схема установки для испытания приведены на рис. 20.

Рис. 20. Схема установки для испытания статической выдергивающей нагрузкой

1 - испытываемая свая:

3 - реперная система с прогибомерами;

4 - домкрат с манометрами;

5 – система упоров, балок;

7 – опора;

10 – термометрические устройства.

При проведении испытаний усилие от домкрата должно передаваться строго по оси сваи. Нагрузка при испытании свай на выдергивание должна быть доведена до величины, вызывающей перемещение (выход) сваи из грунта не менее чем на 25 мм.

За условную стабилизацию принимается скорость перемещения (выхода) сваи в грунте не более 0,1 мм за последние 2 ч наблюдений – для фундамента зданий и сооружений.

Результаты испытаний оформляются в виде графиков зависимости величины выхода из грунта Δ от выдергивающей нагрузки Р_в и графика изменений выхода сваи Δ во времени t (по степеням нагрузки) (рис. 21.).

График зависимости выхода сваи График изменения выхода сваи из

из группы Δ_ν от нагрузки P_ν грунта Δ по времени t

(по ступеням нагружения)

Рис. 21. Образец графического оформления испытания свай выдергивающей нагрузкой

Масштаб графиков при испытании статической выдергивающей нагрузкой применяют:

- по вертикали – 1 см, равный 1 мм выхода сваи;

- по горизонтали – 1 см, равный 50 кН (5 тс) нагрузки; 1 мм, равный 10 мин выдержки нагрузки.

Испытание сваи статическими горизонтальными нагрузками

Испытание свай горизонтальными нагрузками проводят для установления зависимости их перемещения в грунте от горизонтальных нагрузок. Схема установки для испытаний приведена на рис. 22.

Рис. 22. Схема установки для испытания грунтов статической горизонтальной нагрузкой

1 – испытываемая свая; 2 – анкерная свая; 3- реперная система с прогибомерами; 4-домкрат с манометром; 5- система упоров, балок; 6 – грузовая платформа; 7 – опора; 8 – груз (упор для домкрата); 9 – тарированный груз; 10 – термометрическое устройство; 11 – опорная плита-оголовок

Испытываемая свая должна загружаться равномерно, без ударов, одинаковыми ступенями нагрузки, величина которых определяется программой испытаний, но не более 1/10 данной в программе нагрузки на сваю. Испытание проводится с условной стабилизацией перемещений во времени при каждой ступени нагрузки, принимая ее равной не более 0,1 мм за последние 2 ч наблюдений по приборам, расположенным в уровне приложения горизонтальной нагрузки.

Величина нагрузки при испытании сваи, проводимом в комплексе проектно-изыскательских работ, должна быть доведена до величины, вызывающей горизонтальное перемещение в уровне перемещения нагрузки не менее 50 мм. Уровень приложения нагрузки назначается в программе испытаний.

По результатам испытаний строится график зависимости перемещений сваи Δ_н от горизонтальной нагрузки Р_н (рис. 23).

График зависимости горизонтального перемещения

сваи Δ_н от нагрузки P_н

Рис. 23. Образец графического оформления испытаний свай горизонтальной нагрузкой

Масштаб графиков при испытании статической горизонтальной нагрузкой принимают:

- по вертикали - 1 см, равный 50 кН (5 тс) нагрузки; 1 мм, равный 10 мин выдержки нагрузки;

- по горизонтали - 1 см, равный 1 мм горизонтального перемещения сваи.