31. Определение несущей способности сваи по результатам динамических испыаний.

Чем глуб­же погружается свая, забиваемая свайным молотом, тем больше со­противление оказывает грунт ее внедрению. В результате от каждо­го удара получается все меньший и меньший отказ, который следует определять после «отдыха».

Динамические испытания свай после «отдыха» регламентированы ГОСТ 5686—78 и СНиП 2.02.03—85. Добивку свай после «отдыха» про­изводят свайным молотом массой в 1,5...1,25 раза больше массы сваи, а при длинных сваях — молотом с массой не менее массы испы­тываемой сваи.

Работа, совершаемая при ударе свайного молота о голову сваи, GН (где G — масса ударной части молота; H — высота его падения) расходуется на погружение сваи, на упругие деформа­ции системы молот — свая — грунт, частично на превращение механической энергии в тепловую и на разрушение головы сваи. В общем виде это положение записывается в виде урав­нения

где F_u — предельное сопротивление сваи погружению в грунт; S_a — отказ сваи после «отдыха»; h — высота отскока свайного молота после удара, за­висящая от упругих деформаций системы молот — свая — грунт; a— коэф­фициент, характеризующий потери работы на разрушение головы сваи и другие потери.

В результате принятия ряда допущений и преобразования этого выражения Н. М. Герсеванов получил формулу для пре­дельного сопротивления сваи, которая с'небольшими изменения-' ми приводится в СНиП для отказов свай S_а ≥ 0,002 м в сле­дующем виде:

( 11.5)

где η— коэффициент, зависящий от упругих свойств материала сваи, при­нимаемый для железобетонных свай равным 1500 кН/м², для деревянных свай— 1000 кН/м²; А—площадь поперечного сечения сваи с включением пустот, м²; М — коэффициент, принимаемый в зависимости от грунта под нижним концом сваи по СНиПу; Е_d — расчетная энергия удара свайного молота, принимаемая для молота одиночного действия равной GН, для труб­чатого дизель-молота—0,9GH и штангового дизель-молота — 0,4GН, кДж; ε² — коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке равным 0,2; m₁—масса молота; m₂ —масса сваи с наголовником, т; m₃ — масса под- бабка, т, s_a — остаточный отказ — погружение сваи от одного удара, м.

При малых значениях отказа (s_а < 0,002 м) необходимо учитывать упругие деформации системы свая — грунт. Для этого с помощью отказомера замеряют упругий отказ s_el и оста­точный отказ s_а. Это позволяет определить частное значение предельного сопротивления сваи по формуле

( 11.6)

здесь коэффициент

где n_p и n_f — коэффициенты перехода от динамического (включая вязкое сопротивление грунта) к статическому сопротивлению грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи (обычно принимают n_p = 0,00025 с*м/кН, n_f = 0,025 с-м/кН); A_f —площадь боковой поверхио- сти сваи, соприкасающейся с грунтом, м²; g —ускорение свободного паде­ния, принимаемое равным 9,81 м/с²; Н — высота падения ударной части молота, м; h — высота первого отскока молота, принимается для дизель- молотов штанговых h = 0,6 м, для трубчатых — h = 0,4 м, для других молотов — равной нулю; m₄ — масса ударной часта молота, т,

Точность определения по формулам (11.5) и (11,6) зави­сит от наличия упругой прокладки в наголовнике, которая должна быть предварительно обмята несколькими ударами той же интенсивности, что и при определении отказа сваи.

Недостатком динамических испытаний является необходи­мость перехода от сопротивления сваи динамическому погруже­нию к сопротивлению ее под действием статической нагрузки.

32. Определение несущей способности сваи по результатам полевых испытаний.

При испытании натуральных и эта­лонных свай статической нагрузкой и натурных свай динамиче­ской нагрузкой получают частные значения их предельного со­противления F_u. Для нахождения нормативного значения пре­дельного сопротивления свай F_un результаты испытаний (6 и более) свай, проведенных в одинаковых грунтовых условиях обрабатывают методом математической статистики. По результатам такой обработки находят и значение коэффици­ента надежности по грунту у_g. В случае испытания менее 6 свай принимают F_un = F_u. и γ_g = 1, Зная F_un, несущую способ­ность свай определяют по формуле

(11.14)

где γ_с — коэффициент условий работы, принимаемый для вдавливающих на­грузок равным 1; γ_g — коэффициент надежности по грунту, устанавливаемый для односторонней доверительной вероятности а = 0,95.

33. Взаимодействие свай с окружающим грунтом при устройстве свайных фундаментов и при работе свай под нагрузкой.

    Взаимодействие свай с окружающим грунтом носит сложный характер и зависит от процессов происходящих в грунте при изготовлении и при их работе под эксплуатационными нагрузками.

      Процессы, происходящие в грунте при устройстве свайных фундаментов зависят от типа свай, грунтовых условий, технологии погружения или изготовления свай и т.п..

      Так при погружении забивной сваи (сплошной сваи) объем грунта равный объему сваи вытесняется вниз, вверх и в стороны, в результате чего грунт вокруг сваи уплотняется.

      Но если свая забивается в плотные пески, может наблюдаться обратный эффект – разуплотнение грунта.

      Учитывая явление уплотнения грунта, рекомендуют во всех случаях, а в плотных грунтах особенно, забивку вести от середины свайного поля к его периметру. Если это правило не соблюдается, средние сваи из-за сильного уплотнения грунта не всегда удается погрузить до заданной глубины.

      Но если брать расстояние между сваями в свайном фундаменте >6d, то это приведет к огромным размерам ростверков, поэтому принято сваи забивать на расстоянии друг от друга равном 3d-6d.   Но изменение напряженного состояния и плотности в грунтах при забивке свай могут носить и временный характер, т.е. грунт может обладать временным сопротивлением погружению сваи.

По величине отказа, который замеряется при достижении сваи проектной отметки, можно судить о ее сопротивлении, поскольку, чем меньше отказ, тем, очевидно, больше несущая способность сваи.

     При забивке свай в маловлажные пески плотные и средней плотности под нижним концом образуется переуплотненная зона, препятствующая дальнейшему погружению сваи вплоть до нулевого значения отказа, и дальнейшая попытка забить сваю может привести к разрушению ее ствола. Но оставив эту сваю в покое, через некоторое время в результате релаксации напряжений сопротивление грунта под нижним концом сваи снизится и можно снова продолжить  ее забивку до проектной отметки.

     Описанное явление носит название ложного отказа. Время, необходимое для релаксации напряжений называется отдыхом свай (3…5 суток в песчаных грунтах, до 30 часов в глинах), а отказ определенный после отдыха свай и характеризующий ее действительную несущую способность – действительным отказом.

      При забивке свай в глинистые грунты часть связной воды переходит в свободную, грунт на контакте со сваей разжижается (тиксотропное разжижение) и сопротивление погружению сваи наоборот – снижается, происходит так называемое засасывание сваи. Здесь также, если прекратить забивку, то через некоторое время структура грунта восстановится, и несущая способность сваи значительно возрастет.

     Процессы происходящие в грунте при работе свай под нагрузкой. Не менее сложны, особенно в случае висячих свай.

Т.к. вертикальная нагрузка, воспринимаемая сваей перераспределяется на грунт по боковой поверхности и под нижним концом, в окружающем грунте возникает напряженная зона, имеющая сложное криволинейное очертание (рис. 11.10а).

Рис.11.10. Схемы передачи нагрузки на грунт основания:

а – одиночной сваей; б – группой свай

     Эпюра вертикальных нормальных напряжений Г_z на уровне нижнего конца свай имеет выпуклую форму. Принято считать, что напряжения Г_zраспределяются по площади, равной основанию конуса, образующая которого составляет со сваей угол ±, зависящий от сил трения грунта по ее боковой поверхности.

     При редком расположении свай в кусте >6d напряженные зоны в грунте не пересекаются, и все сваи работают независимо, как одиночные. При а <6d зоны пересекаются, происходит взаимное наложение эпюр, а давление на грунт в уровне нижних концов свай возрастает (рис 11.10б), увеличивается и активная зона сжатия грунта.

       Вследствие этих причин при одинаковой погрузке осадка сваи куста при совместной работе будет всегда превышать осадку одиночной сваи.

     Что касается несущей способности куста свай, то с одной стороны, уплотнение межсвайного пространства при забивке свай, приводит к ее увеличению, а с другой – осадка свай за счет наложения зон напряжений приводит к ее уменьшению. Что в итоге больше скажется на несущую способность сваи куста зависит от многих условий и не всегда легко прогнозируется. Но опыт показывает, что в глинистых грунтах, а также в пылеватых и мелких песках несущая способность сваи в кусте, как правило, уменьшается по сравнению с несущей способностью одиночной сваи, а в песках средней крупности и крупных песках – увеличивается.