Статические и динамические испытания свай нагрузкой: технология проведения

Принципиальные схемы установок для полевых испытаний грунтов сваями

В последней редакции ГОСТ 5686-2020, вступившем в силу с 1 января 2021 года в приложении Б приведены принципиальные схемы установок для проведения полевых испытаний грунтов сваями.

Выбор той или иной схемы проведения полевых испытаний свай статической нагрузкой зависит от множества факторов, таких как наличие анкерных свай, наибольшая нагрузка при испытаниях, наличие строительной техники на объекте и так далее.

Наибольшее распространение получили испытания свай вдавливающей нагрузкой, данные испытания могут отличаться в зависимости от системы, воспринимающей реактивную нагрузку от гидравлических домкратов:

Анкерных балок
Грузовой платформы
Комбинированным способом
Методом погруженного домкрата (метод Остерберга)

ЗАКАЖИТЕ ИСПЫТАНИЯ СВАЙ8 (800) 300-80-76

Ниже приведены фотографии, иллюстрирующие каждый метод

Применение грузовой платформы с тарированным грузом

С применением анкерных свай и балок составного сечения

Комбинированная схема

Метод погруженного гидравлического домкрата (нагрузка 2000тс)

Проведения испытаний на вдавливание при помощи анкерных свай

Схема максимально эффективна при контрольных испытаниях свай на вдавливающую нагрузку с рядом расположенными рабочими сваями.

Состав оборудования:

Существующие анкерные сваи. Если рядом с испытуемой сваей отсутствуют рабочие сваи, за которые можно «зацепиться», то используют грунтовые анкера или винтовые сваи.
Устройство для создания внешней нагрузки ( домкраты, насосные станции).
Металлические балки, объединенные в систему передающие реактивные усилия на анкерные сваи. Сечения балок подбирается на основе наибольшей нагрузки, которая будет достигнута при испытаниях с 20% запасом по жесткости.
Реперная система для возможности для исключения влияния грунта вокруг свай. В противном случае закрепление измерительных приборов в непосредственной близости от испытуемой сваи вызовет погрешности, связанные с зоной влияния при ее нагружении.
Прогибомеры, обеспечивающие точность измерений не менее 0,1 мм.

Принципиальная установка для испытаний грунтов с балок и анкерных свай показана ниже.

Проведения испытаний на вдавливающую нагрузку грузовой платформой

Состав оборудования:

Грузовая платформа с тарированным грузом.
Система домкратов, масляная станция.
Реперная система.
Прогибомеры, обеспечивающие точность измерений не менее 0,1 мм.

Принципиальная установка для испытаний грунтов с помощью штампов в котловане показана ниже.

Наша компания имеет опыт проведения испытаний на вдавливание в 1036 тс с помощью грузовой платформы. Для этих целей была специально рассчитана и запроектирована конструкция грузовой платформы для возможности ее нагружения максимальной нагрузкой в процессе испытаний. Расчетная схема испытательного схема представлена ниже.

Испытания буронабивных свай на вдавливание нагрузкой в 1036 тс, г. Владивосток

Методика проведения испытания грунтов статической вдавливающей нагрузкой

Нагружение испытуемой сваи (натурной, эталонной или сваи-зонда) проводят равномерно, без ударов, ступенями нагрузки, значение которых устанавливается программой испытаний, но принимается не более 1/10 заданной в программе наибольшей нагрузки на сваю. При заглублении нижних концов натурных свай в крупнообломочные грунты, гравелистые и плотные пески, а также глинистые грунты твердой консистенции допускается первые три ступени нагрузки принимать равными 1/5 наибольшей нагрузки. Примечание — Для свай диаметром 800 мм и более допускаются раздельные испытания по боковой поверхности натурной сваи и под ее нижним концом. На каждой ступени нагружения натурной сваи снимают отсчеты по всем приборам для измерения деформаций в такой последовательности: нулевой отсчет — перед нагружением сваи, первый отсчет — сразу после приложения нагрузки, затем последовательно три отсчета с интервалом 30 мин и далее через каждый час до условной стабилизации деформации (затухания перемещения). При испытании грунтов эталонной сваей или сваей-зондом отсчеты на каждой ступени нагружения снимают в такой последовательности: первый отсчет — сразу после приложения нагрузки, затем два отсчета — с интервалом 15 мин и далее — с интервалом 30 мин до условной стабилизации деформации.

Расхождения в показаниях приборов не должны превышать следующих значений: 50% — при осадках менее 1 мм; 30% — при осадках от 1 до 5 мм; 20% — при осадках более 5 мм. За критерий условной стабилизации деформации при испытании натурной сваей принимают осадку сваи на данной ступени нагружения, не превышающую 0,1 мм за последние 60 мин наблюдений, если под нижним концом сваи залегают песчаные грунты или глинистые грунты от твердой до тугопластичной консистенции, или 2 ч наблюдений, если под нижним концом сваи залегают глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции. Нагрузка при испытании натурной сваей должна быть доведена до значения, при котором общая осадка сваи составляет не менее 40 мм. При испытании эталонной сваей или сваей-зондом эта осадка должна быть не менее 20 мм. При меньших осадках продолжительность выдержки сваи под нагрузкой на последней ступени нагружения, даже в случае достижения принятой условной стабилизации, должна составить не менее 5 ч, если в программе испытаний не указан другой срок выдержки стабилизации. При заглублении нижних концов натурных свай в крупнообломочные, плотные песчаные и глинистые грунты твердой консистенции нагрузка должна быть доведена до значения, предусмотренного программой испытаний, но не менее полуторного значения несущей способности сваи, определенной расчетом, и не более расчетного сопротивления ствола сваи по материалу. Разгрузку сваи (натурной, эталонной или сваи-зонда) проводят после достижения наибольшей нагрузки ступенями, равными удвоенным значениям ступеней нагружения, с выдержкой каждой ступени не менее 15 мин. Отсчеты по приборам для измерения деформаций снимают сразу после каждой ступени разгрузки и через 15 мин наблюдений. После полной разгрузки (до нуля) наблюдения за упругим перемещением сваи следует проводить в течение 30 мин при песчаных грунтах, залегающих под нижним концом сваи, и 60 мин — при глинистых грунтах, со снятием отсчетов через каждые 15 мин. В процессе испытания ведут журнал согласно ГОСТ 5686-2012.

Проведение динамических испытаний

Для испытания используют молот Динамические испытания свай – наиболее дешевый и быстровыполнимый вид исследований, но уступающий своей точностью статическим.

Их проводят часто в одно время с математическими вычислениями нагрузки, которую смогут длительное время без деформации выдерживать опоры.

Все действия выполняются оборудованием для строительства фундаментов свайного типа (молотом).

Обычно мероприятия проводятся в 3 этапа:

до начала проектных работ над фундаментом свайного типа испытываются имеющиеся в распоряжении изделия, а параллельно определяется степень геологической неоднородности грунта на стройплощадке;
во время забивания оцениваются несущие (механические) качества опор, исследуются свойства почвенных слоев;
когда работы заканчиваются, тогда проводятся проверки несущих характеристик забитых и «отдохнувших» столбов.

Во время испытание свай под динамической нагрузкой фиксируют:

количество опусканий молота на 1 м внедрения в поверхность до проектной глубины;
показатель отказов после забивания до требуемой по проекту отметки;
время «отдыха»;
значение коэффициента засасывания, показывающего отношение величин отказов от одного удара при забивании и добивании.

На основе величины отказа сваи высчитывают несущую способность опоры Измерение величины отказа (внедрения в грунт при одном ударе молота) производится отказомерами и является окончательным результатом испытаний. По этому параметру высчитывается несущая способность опоры.

Правильность полученных значений отказов определяется точностью учета массы сваи и наголовника, упругих смещений ее и грунта, массы молота, высоты подъема его ударной части. Следует следить за отсутствием повреждений на «голове» изделия. Удар молота должен быть по центру, с максимально возможной высоты.

Проведенные таким способом исследования могут показать как завышенные, так и заниженные показатели несущих свойств поверхности

Это связано со слоистым строением грунта, поэтому важное внимание уделяется проведению геологического обследования местности

Методика проведения статических испытаний грунтов сваями

Метод передачи нагрузки ступенями на сваи с достижением стабилизации деформаций является общим принципом для испытаний на вдавливающие, горизонтальные и выдергивающие нагрузки. Более подробно методика проведения испытаний , а именно режим нагружения, критерий завершения испытаний подробно рассмотрен в соответствующих разделах испытания свай на выдергивание, вдавливания и при приложении горизонтальной нагрузки.

Отдельным вопросом является испытания свай в многолетнемерзлых и специфических грунтах обладающих просадочными свойствами. При проведении таких испытаний возрастает трудоемкость их проведения за счет большего объема подготовительных работ (необходимость замачивания, контроля степени влажности грунта, применение дрен), а также увеличением продолжительности (длительности) испытаний, например, при испытании в многолетнемерзлых грунтах. Одним из путей повышения эффективности и снижения стоимости проведения испытания в данных грунтовых условиях для Заказчика является научно-техническое обоснование, позволяющее, например, отказаться от замачивания просадочных грунтов или применение методики релаксации напряжений (в отдельных случаях) при полевых испытаниях свай в многолетнемерзлых грунтах. Более подробно с методикой проведения испытаний и требованиями нормативно-технической документации можно ознакомиться в разделах испытания свай в просадочных и многолетнемерзлых грунтах.

Необходимо отметить, что требования ГОСТ 5686-2021 не распространяется на проведение испытаний в набухающих грунтах, в этом случае специалисты предлагают научно-техническое сопровождение и согласование программы статических испытаний на всех этапах.

На испытуемую сваю устанавливают домкрат, который упирается на грузовую платформу или систему металлических балок и производят ступенчатое нагружение грунта, прикладывая к свае вдавливающую нагрузку. Величина ступени должна быть не более 1/10 от максимальной нагрузки, указанной в программе испытаний. При заглублении нижних концов натурных свай в крупнообломочные грунты, гравелистые и плотные пески, а также глинистые грунты твердой консистенции допускается первые три ступени нагрузки принимать равными 1/5 наибольшей нагрузки. Выдержка каждой ступени производится до условной стабилизации деформаций. Критерий условной стабилизации – это осадка сваи ( не более 0,1 мм) за время наблюдения, которое зависит от физических свойств (консистенции) и наименования грунта и принимается по табличными значениями ГОСТ 5686-2020.

Особенностью грунтов является то, что при действии нагрузки, деформации в грунте происходят не мгновенно, а развиваются во времени, вследствие процессов консолидации и реологических процессов. В этой связи, на каждой ступени нагружения натурной сваи снимают отсчеты по всем приборам для измерения деформаций в такой последовательности: нулевой отсчет – перед нагружением сваи, первый отсчет – сразу после приложения нагрузки, затем последовательно три отсчета с интервалом 30 мин и далее через каждый час до условной стабилизации деформации (затухания перемещения).

Испытания считается завершенным если достигнуты следующие критерии:

На стадии изысканий осадка сваи составляет величину более 40 мм;
На стадии изысканий произошел «срыв» сваи.

При контрольных статических испытаниях вдавливающей нагрузкой:

При испытании статикой буровых свай – достижение осадки в 20 мм (согласно новому ГОСТ 5686).
При испытании забивных, набивных, вдавливаемых свай статической вдавливающей нагрузкой – достижение осадки, указанной в программе испытаний, но не более 40 мм. (положение нового ГОСТ 5686-2020).

Разгрузку сваи (натурной, эталонной или сваи-зонда) проводят после достижения наибольшей нагрузки ступенями, равными удвоенным значениям ступеней нагружения, с выдержкой каждой ступени не менее 15 мин.

Отсчеты по приборам для измерения деформаций снимают сразу после каждой ступени разгрузки и через 15 мин наблюдений. После полной разгрузки (до нуля) наблюдения за упругим перемещением сваи следует проводить в течение 30 мин при песчаных грунтах, залегающих под нижним концом сваи, и 60 мин – при глинистых грунтах, со снятием отсчетов через каждые 15 мин.

В процессе статических испытаний свай на вдавливание ведут полевой журнал в соответствии с требованием ГОСТ 5686-2020. По результатам испытаний строят графические зависимости.

Особенности динамических испытаний

Под динамическими нагрузками понимают воздействие ударов или вибраций на забивную сваю. Такой метод дешевле и проще статического варианта испытания, но он не подходит для винтовых и буронабивных свай.

Следует отметить, что динамические испытания свай выполняют после их заглубления и «отдыха», продолжительность которого находится в зависимости от грунтовых условий и назначается программой полевых испытаний. При забивке, согласно СНиП, должно применяться то оборудование, которое предполагается использовать в основных работах. Исследования определяют показатели:

несущей способности – по отказу, принимаемому усреднено с учетом значений погружения сваи после одного удара или минутной вибрации;
однородности грунтовых слоев – по сопротивляемости заглублению;
возможности погружения на проектную глубину.

Итоги заносят в акт испытания свай динамической нагрузкой, а для установления стоимости работ составляется смета.

Как проводятся динамические испытания свай?

Динамическая нагрузка подразумевает расчет показаний между энергией удара при забивке и сопротивлением грунта при этом процессе. На почвах с разной плотностью и неоднородной структурой эти значения позволяют рассчитать фактические нагрузки, несущую способность будущего фундамента.

Алгоритм работ:

Забивка контрольных свай, которая проводится отдельно от места установки окончательной опоры. Фиксируется количество ударов на каждый метр продвижения. Последний метровый участок выделяется отдельно, здесь учитывается количество ударов на каждые 10 см.
Продолжительность отдыха свай определяется заранее в зависимости от грунтовых условий.
Добивка контрольных свай показывает количество ударов, необходимых для погружения до предельного значения. Определяется изменение параметров после отдыха, величину отказов.

Важным показателем испытаний является отдых свай перед динамическими испытаниями. Это время между забивкой и добивкой свай. За этот период грунт обволакивает сваю, что затрудняет дальнейшее ее продвижение. Период отдыха отличается для разных по структуре грунтов, составляет от 1 до 20 суток. Этот момент необходимо отдельно согласовать с проектировщиком. Расчетные значения выставляются согласно предварительной геологии участка и изучения состава почвы.

Следует учитывать и «отказ» свай. При забивке сопротивление грунта возрастает, а момент, когда дальнейшее продвижение невозможно характеризуется осадкой опоры или отказом.

При испытаниях фиксируются следующие результаты:

Количество ударов на метр погружения до указанной отметки.
Величину отказов.

На основании полученных результатов забивки пробных свай, специальная комиссия принимает решение о соответствии фактической нагрузке расчетным значениям. После этого можно продолжать строительство, если показатели в норме, либо пересматривать проект при меньших результатах. Чаще всего на основании динамических испытаний меняется марка сваи, ее физические размеры.

Регламентирующие документы

Алгоритм проведения динамических испытаний рассмотрен в СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Составляется график замеров, журнал проведения исследований. Выдается акт исполнения испытательных работ, в котором отображены все показания контрольных приборов, изменения сопротивления грунта и выводы о пригодности грунта для дальнейшего строительства.

Результаты контрольных испытаний свай динамической нагрузкой используются для определения соответствия расчетной и фактической несущей способности опор.

Компания СибгеоПро занимается проведением данных испытаний. Специалисты используют предварительно разработанную программу исследований, проект которой учитывает масштабы строительства и особенности геологического состава грунтов. Расчетные нагрузки в проекте не всегда объективны и требуют фактического подтверждения, поэтому статические и динамические испытания свай так важны.

Расценки на динамические испытания свай от 10 000 рублей

Динамическая проверка

Она осуществляется с использованием специального оборудования, применяемого для погружения. При проверке отслеживается степень погружения в почву на каждый цикл воздействия молота. Постепенно погружаясь в грунт, опора воспринимает противодействие грунта. Оно выражается в том, что при заглублении уменьшается значение отказа. Данная проверка базируется на взаимосвязи импульса рабочей части оборудования и несущей способности конструкции.

При испытаниях осуществляется экспериментальная забивка, по результатам которой определяется оптимальная длина опор, выполняется оценка соответствия реального и теоретического значений отказа. Мероприятия позволяют определить несущие слои почвы, диагностировать слабые зоны свайного поля, оценить усилия, которые могут воспринимать забитые опоры. По завершении динамического контроля результаты оформляются графическим образом и характеризуют координаты положения в соотношении с приложенными усилиями.

Динамические испытания свай с установкой на них дополнительного веса

Указанный метод, по сравнению со статическим способом контроля, обладает рядом преимуществ:

незначительными затратами, связанными с применением техники, имеющейся на объекте строительства;
оперативностью выполнения работ, которые можно осуществить на протяжении одного рабочего дня;
возможностью использования для испытаний любых видов изделий, независимо от их способности воспринимать приложенные усилия.

Стандарт рекомендует сопоставлять данные динамических замеров с показателями статических проверок. Данный способ проверки не применяется при обустройстве свайных оснований на легких песчаных грунтах.

Динамические испытания

Работы, связанные с сооружением свайного фундамента не обходятся без испытания имеющихся свай. Помимо статического испытания свай, производят также испытания свай динамической нагрузкой.

По мере погружения сваи возрастает сопротивление грунта проникновению сваи. Внешне это проявляется в том, что с заглублением острия в грунт уменьшается отказ сваи, т. е. величина ее погружения от одного удара молотом. Динамические испытания свай основаны на связи между энергией удара молота при забивке сваи в грунт и несущей способностью сваи.

При пробной забивке динамические испытания свай позволяют назначить рациональную длину свай и проверить соответствие фактической и расчетной величин отказов свай. 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.

Во время проведения динамического испытания свай составляются графики, которые описывают изменения состояния сваи в зависимости от приложенных к ней нагрузок.

Динамическое испытание свай имеет несколько преимуществ перед статическим испытанием свай. Динамическое испытание свай – более мобильно, не требует высоких затрат, применяется к любым видам свай независимо от их несущей способности, не повреждает работоспособность свай.

Динамический метод испытаний свай может дать завышенную величину несущей способности свай. Это возможно, если свая при забивке прорезает толщу относительно плотных грунтов и входит острием в более слабый слой, обладающий большей сжимаемостью. Необходимо отметить, что в этом случае и статический метод испытания свай может ввести в заблуждение. 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 фундмента 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. Однако в этом случае результаты динамических испытаний свай сравнивают с результатами статических испытаний, которые показывают одинаковый уровень сопротивляемости свай.

Динамический метод испытания свай непригоден также и при сооружении свайных фундаментов на сыпучих основаниях из песка, строительного мусора, бытовых свалках и т.п.

Технология динамической проверки

Стандарт предписывает поэтапно осуществлять испытания грунтов сваями с применением динамического метода:

Первоначально, до разработки проекта площадки застройки или перед выполнением забивки элементов. Мероприятия позволяют оценить степень неоднородности почвы на объекте будущего строительства.
Следующая стадия динамического контроля осуществляется при забивке основных опор в грунт с целью определения их несущих характеристик. Этот этап позволяет выявить слабые участки на площадке, где забиваются опоры, определить несущие слои почвы.
Заключительную динамическую проверку необходимо выполнять после окончания забивки для уточнения характеристик после «отлежки» изделий.

Интервал отлежки опор, предназначенных для установки в глинистых почвах, составляет не менее 6 суток, а для песчаных почв – три дня с момента завершения погружения в почву.

При забивке проверяемых опор с помощью молота контроль отказов позволяет определить силовые слои почвы, оценить способность погруженных в почву конструкций воспринимать усилия. Также выявляются проблемные зоны свайной площадки. Документ предусматривает выполнение проверочной забивки для измерения несущих характеристик после отлеживания. Для этого должен использоваться тот же молот, который применялся при забивке. Для глинистых почв необходимо выполнять короткие циклы ударов молота, обеспечивающие сохранить структуры грунта.

После завершения мероприятий регистрируется значение отказа, соответствующее уровню погружения опоры в почву после цикла воздействия. Предусмотренные стандартом расчеты позволяют определить силовую характеристику опоры. Точность полученных результатов прямо пропорциональна достоверности фиксации высоты молота, массы рабочей части. Необходимо учитывать вес насадки и погружаемой опоры. При обработке результатов измерений учитываются данные упругих погружений изделия и почвы после каждого удара.

Для контроля параметров при динамической проверке используется нивелир, контролирующий упругие перемещения опоры и почвы с точностью 1 мм. В ходе погружения экспериментальных и при приемочном контроле установленных опор выполняются динамические испытания свай, прошедших отлежку.

Нивелир работает с точностью до 1мм

Следует точно замерить высоту, с которой падает молот. При динамическом контроле это позволяет точно вычислить несущую способность. Контроль высоты осуществляется с использованием измерительной рейки, имеющий отметки с интервалом в 5 сантиметров. Она крепится к насадке или молоту, позволяет визуально с допуском 2 сантиметра определить высоту, с которой осуществляется опускание молота.