6. Контроль несущей способности свай

При погружении сваи сопротивление грунта увеличивается после каждого удара, а величина погружения сваи за один удар, называемая остаточным отказом, уменьшается.

По величине отказа можно судить о несущей способности сваи. С уменьшением размера отказа увеличивается несущая способ­ность.

Полное перемещение сваи при ударе всегда больше остаточно­го отказа и содержит еще упругий отказ (величина упругой де­формации грунта вместе с забиваемой сваей).

Впервые теоретическая зависимость между размером отказа и несущей способностью сваи была получена Н.М.Герсевановым в 1917 г. После ряда преобразований и допущений была получена формула для определения размера расчетного отказа, S_a, в зави­симости от заданной (расчетной) несущей способности сваи F_d:

_s ^{nAEd т}1+£²(^т2+^з)

° ~ F_d (F_d + пА) т_{+ т₂+ т₃

где S_a — фактический остаточный отказ, равный значению погру­жения сваи от одного удара молота; п — коэффициент, принима­емый равным 1 500 кН/м² для железобетонных свай с наголовни­ком; А — площадь, ограниченная наружным контуром сплошно­го или полого поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м²; E_d — расчетная энер­гия удара молота, кДж, принимаемая по табл. 2.8; F_d — несущая способность сваи, кН; т₁ — масса молота, т; т₂ — масса сваи и наголовника, т; т_ъ — масса подбабка, т; е — коэффициент восста­новления удара, принимаемый при забивке железобетонных свай с применением наголовника с деревянным вкладышем, £² = 0,2.

Таблица 2.8 Расчетная энергия удара молота ^ Тип молота	Расчетная энергия удара Ed> кДж
Паровоздушный и гидравлический молоты одиночного действия	GH
Трубчатый дизельный молот	0,9 GH
Штанговый дизельный молот	0,4(7#

Формула справедлива только для значений расчетного отказа S_a > 2 мм, поскольку при малых остаточных отказах значительная часть энергии удара расходуется на упругую составляющую (упру­гий отказ). Если получено значение расчетного отказа менее 2 мм, то необходимо предусмотреть использование молота с большей энергией удара и заново вычислить значение расчетного отказа. При отсутствии сваебойного оборудования с большей энергией удара для оценки несущей способности производят расчет полно­го (суммарного) контрольного отказа сваи по формуле, приве­денной в СНиП 3.02.01-87.

Контроль несущей способности по значению полного отказа не надежен, особенно при пересечении слоя торфа.

В процессе забивки сваи значение остаточного отказа опреде­ляют с помощью нивелира или лазерного визира (рис. 2.9, а), а также с помощью заранее натянутого шнура (рис. 2.9, б) или с помощью специальных приспособлений на копровой установке. Значение полного отказа и его упругой составляющей определя­ют с помощью отказомеров.

Для повышения точности определения отказа измеряют погру­жение сваи от нескольких ударов, называемых залогом.

При использовании молотов одиночного действия и дизель- молотов за залог обычно принимают 10 ударов. Расчетный отказ считается достигнутым, если в трех залогах подряд измеренные отказы имеют значения меньше расчетного.

Погружение сваи до расчетного отказа в большинстве случаев гарантирует обеспечение расчетной несущей способности. Однако в течение нескольких суток после погружения сваи (от 1 — 2 сут в песках, до 5 —6 сут в глинистых грунтах) происходит стабилиза-

Рис. 2.9. Контроль остаточного отказа:

а — с помощью лазерного визира; б — с помощью шнура; 7 — погружаемая свая; 2 — лазерный визир; 3 — натянутый шнур (проволока)

ция грунта вокруг сваи, связанная в основном с перераспределе­нием воды в порах грунта. Указанный промежуток времени назы­вают отдыхом сваи. При этом несущая способность сваи и, следо­вательно, размер отказа изменяются. Несущая способность вися­чих свай, погруженных в глинистые грунты, как правило, не­сколько увеличивается, а размер отказа уменьшается. Но при оп­ределенных грунтовых условиях (в мелкозернистых водонасыщен­ных песках) иногда возникает обратное явление, когда уплот­ненное ядро, образовавшееся под нижним концом сваи при за­бивке, «рассасывается» за время отдыха; несущая способность сваи снижается, а размер отказа увеличивается. Следовательно, изме­рение отказа после отдыха сваи является необходимым условием более точной оценки несущей способности сваи.

Определение несущей способности сваи по величине отказа после отдыха называется динамическим испытанием.

Согласно ГОСТ 5686 — 94 динамическим испытаниям подвер­гают до 1 % (но не менее 6 шт.) от общего числа свай на площад­ке. Испытания проводят не ранее, чем через три дня после погру­жения сваи в песках, и не ранее, чем через шесть дней — в глини­стых фунтах.

Время «отдыха» сваи до проведения контрольных испытаний должно соответствовать требованиям ГОСТ 5686 — 94. Для прове­дения испытаний используют то же оборудование, которое при­меняли при забивке сваи. Предварительно проводят подготовку молота на другой свае (прогрев, обжатие прокладки). За отказ при­нимают среднюю глубину погружения (от одного удара) по трем ударам. Погрешность измерения не должна превышать 1 мм.

Контроль несущей способности сваи по величине отказа явля­ется основным видом контроля, применяемого при производстве свайных работ. Однако более надежные данные о несущей способ­ности можно получить только путем испытания сваи статической нагрузкой. Поэтому, несмотря на значительную сложность и дли­тельность проведения статических испытаний, они являются обя­зательными при устройстве свайных фундаментов.

Испытаниям подвергают до 0,5 % от общего количества свай на площадке, но не менее двух штук.

Для проведения статических испытаний используют различные конструктивные схемы, позволяющие передавать на сваю не только вертикальные, но горизонтальные и наклонные усилия.

Принципиальная схема установки для испытания сваи верти­кальной вдавливающей статической нагрузкой показана на рис. 2.10. Количество анкерных свай 5, как правило 4...6 шт., опреде­ляют расчетом. Расстояние между испытываемой 1 и ближайшей анкерной 5 сваей должно быть не менее 3d (d — диаметр испыты­ваемой сваи) и не менее 1,5 м. Важным условием достоверности значений измеряемых деформаций является обеспечение непод-

Рис. 2.10. Испытание сваи вертикальной статической нагрузкой:

1 — испытываемая свая; 2 — гидравлический домкрат; 3 — деформометр; 4 — репер; 5 — анкерные сваи

вижности (отсутствие деформаций) реперной системы, которая должна устанавливаться в нескольких метрах как от испытывае­мой сваи, так и от анкерных свай.

Для измерения осадки сваи используют не менее двух индика­торов часового типа и другие деформометры, имеющие погреш­ность до 0,1 мм. Вертикальную нагрузку увеличивают ступенями, равными 10 % от заданной в программе испытаний наибольшей нагрузки:

N=y_kF_d,

где у_к — коэффициент надежности, у_к - 1,2; F_d — расчетная несу­щая способность грунта основания одиночной сваи.

Каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после затухания (условной стабилизации) осадки на предыдущей сту­пени. Осадка считается условно стабилизированной, если она не превышает 0,1 мм за 2 ч наблюдений в глинистых грунтах мягко­пластичной и текучей консистенции или за 1 ч наблюдений в остальных грунтах.

По данным испытания строят график зависимости осадки от нагрузки. По этому графику определяют значение предельной на­грузки исходя из условия, что соответствующая осадка составляет некоторую долю (20 %) от предельно допускаемой осадки для дан­ного здания или сооружения.

33

В последние годы для уточнения несущей способности проек­тируемых свайных фундаментов используют более дешевый и бы­стрый метод статического зондирования, заключающийся во вдав­ливании в грунт стандартного зонда (штанга с конусом на конце) или эталонной сваи сечением 10x10 см. Методика определения

3 Опийные работы

несущей способности сваи по результатам испытаний приведена в СНиП 2.02.03-85. Однако это не отменяет выполнения конт­рольных испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой.