49. Явления при забивке свай. Влияние «отдыха» свай на их несущую способность в различных грунтах.

По мере погружения сваи возрастает сопротивление грунта. При проведении динамических испытаний уменьшается отказ сваи, т. е. глубина ее погружения при каждом ударе молота.

Опыт показывает, что по мере забивки сваи в песок отказы все уменьшаются, а нередко, после достижения определенной глубины, свая больше не погружается. Однако, если применить более мощный молот - сваю удается забить еще на некоторую глубину.

Забивка свай в песчаный грунт сопровождается его уп­лотнением. В случае забивки свай в пластичные глинистые грунты кар­тина существенно меняется.

Сначала так же, как и в песке, на­блюдается уменьшение отказов, но с некоторой глубины погру­жение сваи происходит при одном и том же отказе (в отдельных случаях он даже увеличивается). При интенсивной забивке иног­да происходят выплески воды вокруг свай, вызванные разжи­жением грунта. Поэтому может создаться впечатление, что забивка в глинистые грунты свай на большую глубину не дает повышения несущей способности свай. Однако, если забивку прекратить и дать свае «отдохнуть», а через неделю-другую пов­торно нанести по голове сваи несколько ударов тем же молотом - отказ окажется намного меньшим.

Отмеченное явление связано с так называемым ложным отка­зом и объясняется тем, что при динамических нагрузках, передаваемых на пластичный глинистый грунт, содержащаяся в порах вода не может быть быстро вытеснена из-за его слабой водопроницаемости. Возникающий при ударной нагрузке в поровой воде напор вызывает разрушение структуры глинистого грунта на не­котором расстоянии вокруг сваи. Отжимаемая при этом вода под давлением устремляется вдоль ствола сваи вверх, вызывая размыв и разжижение прилегающего к нему грунта, который начинает играть роль смазки. Одновременно с этим под острием сваи образуется как бы небольшой мешок перемятого удара­ми и разжиженного грунта.

Образовавшаяся вокруг сваи оболочка из текуче-пластичной глины не оказывает существенного сопротивления погружению сваи. Во время «отдыха» сваи, в процессе которого лишняя вода впитывается окружающим глинистым грунтом, происходит засасывание сваи и ее несущая способность намного повышается, благодаря чему величина отказа уменьшается.

В песчаных грунтах иногда наблюдается противоположное яв­ление: после «отдыха» сваи отказ увеличивается. Это объясняет­ся переуплотнением песчаного грунта под острием забиваемой сваи.

В связи с этим, динамические испытания надо проводить: для свай, забитых в песчаные грунты, - по истечении не менее 3 су­ток, а для свай, забитых в глинистые грунты, - по истечении не менее 6 суток после окончания их забивки.

Связь между величиной отказа сваи и ее несущей способности довольно плотная и является сутью динамического метода испытаний.

В общем виде эта зависимость записывается следующим образом:

 – уравнение работ Н.М. Герсевомова,

где G∙H – работа падающего молота;

F_u∙S_a – работа на погружение;

G∙h – работа на упругие деформации;

α∙G∙H – работа на неупругие деформации;

F_u – предельное сопротивление сваи вертикальной нагрузке, кН;

S_a – отказ сваи, м;

Α – коэффициент, учитывающий превращение части энергии в тепловую

Отказ сваи (S_a) определяется либо по одному удару молота, либо, что чаще, вычисляется как среднее арифметическое значение погружения сваи от серии ударов, называемой залогом (число ударов от 4-х до 10).

Измерение отказа сваи производят с помощью различных при­боров или приспособлений. При сериях (залогах) в 10 ударов молота можно пользоваться и отказомером, и мерной линейкой или рулеткой для измерения погружения сваи по отметкам на стрелах копра и на свае. При 1-3 ударах молота пользуются только отказомером, обеспечивающим точность измерений до 0,5 мм.

Весьма полезным является сочетание динамического и стати­ческого методов испытания свай. Для этого при забивке в грунт пробной сваи, предназначенной для статического испытания, из­меряют отказы. После статического испытания сваи производит­ся контрольное испытание динамическим методом. Выполнив расчеты сваи динамическим методом по отказам, полученным при забивке сваи и после ее «отдыха», и сравнив вычисленные значения несущей способности сваи с результатом статического испытания, можно получить данные для реальной оценки несу­щей способности свай в процессе забивки.

Динамические испытания свай при пробной забивке позволя­ют назначить рациональную длину свай и проверить соответ­ствие фактической и расчетной величин отказов. При забивке рабочих свай наблюдения за изменениями отказов позволяют выявить несущие слои грунта, дать относительную оценку несу­щей способности забитых свай и выявить слабые участки свай­ного поля. Контрольная добивка свай выявляет изменения несу­щей способности свай после «отдыха». Она должна выполняться тем же молотом, которым велась забивка свай. В глинистых грунтах ее следует производить короткими сериями ударов, что­бы вновь не нарушить структуру грунта.

Надо иметь в виду, что при увеличении веса молота отказы уве­личиваются, причем в гораздо большей степени, чем вес молота. Учитывая, что сопротивление глинистых и, тем более, илистых грунтов забивке свай молотом или вибропогружателем резко снижается по сравнению с сопротивлением действию статичес­кой нагрузке, пользоваться динамическим методом расчета свай в таких грунтах не рекомендуется.

Действительная несущая способность свай в указанных грун­тах может быть определена только статическими испытаниями.

Динамический метод расчета может дать не только значитель­но заниженную, но и намного завышенную величину несущей способности свай. Последнее произойдет, если свая при забивке прорезает толщу относительно плотных грунтов и входит острием в более слабый слой, обладающий большей сжимаемостью.Дело в том, что в таких грунтовых условиях при длительном действии на сваю статичес­кой нагрузки, вследствие деформаций ползучести происходит перераспределение нагрузки и значительно повышается ее доля, приходящаяся на острие сваи, что вызывает перегрузку слабого грунта основания. Поэтому при многослойных напластованиях необходимо, чтобы острия свай входили в более прочный под­стилающий слой грунта.

В глинистых грунтах (однородных в пределах пятна здания) при забивке свай на одинаковую глубину величины отказов как в конце забивки, так и во времени, могут сильно отличаться для разных свай, что может натолкнуть на неправильное заключение о их весьма различной несущей способности. Динамический метод расчета непригоден также и при проре­зке лессов и насыпных грунтов из строительного мусора, быто­вых свалок и т. п.