Статические испытания свай

Для определения стоимости необходима информация о расположении и грунтовых условиях объекта, на котором проходят испытания, данные о типе и количестве испытуемых свай и сроки, в которые испытания необходимо провести. Как правило, исчерпывающая информация содержится в проекте производства.

В соответствии с ГОСТ 5686-2020

При испытании статической вдавливающей нагрузкой, число испытуемых свай должно составлять до 0,5% от общего числа свай на объекте, но не менее 2 шт., за исключением специально обоснованных случаев.

В соответствии с п. 7.3.1. СП24.13330.2021

Для определения несущей способности свай по результатам полевых испытаний для каждого объекта строительства сооружений класса КС-3 и КС-2 рекомендуется проводить:

— статические испытания свай и свай-штампов – до 1% общего числа свай на объекте, но не менее трех для сооружений класса КС-2 и четырех – для сооружений класса КС-3;

— динамические испытания свай – до 2 % общего числа свай на объекте, но не менее шести для сооружений класса КС-2 и девяти – для сооружений класса КС-3.

В соответствии с п. 8.1.2.17 СП 267.1325800.2016

При применении свайных и комбинированных свайно-плитных фундаментов следует выполнять испытания свай статическими нагрузками в объеме, зависящем от их общего числа и неоднородности основания, но не менее четырех испытаний сваями на фундамент высотного здания.

Зачастую, выезд специалиста на объект после заключения договора занимает 1-3 дня. В случае использования габаритного оборудования в процессе испытаний, необходимо учесть время на его доставку грузовым транспортом.

Отдыхом сваи называют временя между окончанием забивки (устройства) сваи и началом добивки, либо проведением статических испытаний. Этот время отводится на восстановление естественных структурных связей грунта, нарушенных в процессе её устройства. После наступления отдыха сваи, испытатели могут получить корректные данные о несущей способности сваи в данных грунтовых условиях.

В соответствии с ГОСТ 5686-2020

Продолжительность отдыха сваи, определяется испытательной лабораторией на основании данных о составе, свойствах и состоянии прорезаемых грунтов и грунтов под нижним концом сваи. Его значения должны составлять не менее:
1 суток – при прорезании песчаных (а также просадочных) грунтов в случае наличия под острием сваи крупнообломочных, плотных песчаных или глинистых грунтов твердой консистенции;
3 суток – при песчаных грунтах, кроме водонасыщенных мелких и пылеватых;
6 суток – при глинистых и разнородных грунтах;
10 суток – при прорезании водонасыщенных мелких и пылеватых песков;
20 суток – при прорезании глинистых грунтов мягко и текучепластичной консистенции.

В соответствии с п. 8.1 ГОСТ 5686-2020

При испытаниях буровыми (буронабивными, буроинъекционными) и набивными сваями начало испытаний назначают не ранее достижения бетоном свай 80% проектной прочности.

При статических испытаниях, максимальная нагрузка, передаваемая свае в процессе испытания, может как соответствовать её несущей способности, так и превышать её в полтора – два раза. Такая вариативность обуславливается разнообразием нормативных требований к различным грунтовым условиям при проектировании и изысканиях. Также эти условия могут быть продиктована специальными требованиями, устанавливаемыми конкретной проектной организацией.

Проанализировав проектные данные о типе свай и грунтовых условиях объекта, наши специалисты помогут определить требуемые испытательные нагрузки.

В общем смысле, это способность опоры, находящейся в грунте, сопротивляться выдергивающим нагрузкам. Зачастую, такие испытания требуется проводить для высотных зданий и сооружений, либо при нахождении объекта строительства в районах с повышенной сейсмической активностью.

На данный показатель, как и в случае определения испытательной нагрузки, влияют факторы, связанные с особенностями грунтовых условий объекта и видом проводимого испытания. В среднем, за рабочий день, одним комплектом испытательного оборудования, возможно можно выполнить не более одного статического испытания. При отсутствии стабилизаций ступеней нагружения, такие испытания могут длиться до нескольких суток. Испытания свай в вечномерзлых грунтах наиболее продолжительны и должны проходить не менее 7 суток.
   Наиболее оперативными являются испытания свай на вдавливающую нагрузку методом использующем принципы волновой теории удара. Они регламентируются пунктом 8.4 ГОСТ 5686-2020 и позволяют выполнять до десяти и более испытаний свай за рабочую смену.

В соответствии п. 5.7 СП 50-102-2003

Если по проекту, передаваемые на сваи горизонтальные нагрузки, превышают 5 % вертикальных, должны проводиться испытания грунтов сваями на горизонтальные нагрузки.

Это грунты, находящиеся в мерзлом состоянии 3 и более лет. Вечномерзлые грунты относятся к структурно неустойчивым. У таких грунтов механические свойства зависят от температуры несущего слоя, которая может меняться в течение года.
Основные проблемы, при устройстве фундаментов на грунтах такого типа, связаны с возможными просадками при оттаивании грунта и его вспучивании при последующем замерзании.

Просадочность — это способность уменьшать свой объем при замачивании под собственным весом без возможности бокового расширения. К таким относятся лессы и лессовидные суглинки, засоленные грунты. Иногда просадочность отмечается в мерзлых грунтах при оттаивании и песчано-рыхлых при вибрационном или сейсмическом воздействии.

Выделяют два основных типа просадочности. Первый наступает под действием на грунт какой-то нагрузки. Второй способен возникать и под собственным весом.
К какому типу просадочности относится грунт, а так же при каких нагрузках начинаются деформации определяется в процессе проведения лабораторных работ.

Причины просадочности кроются в строении лессовых грунтов. Пылеватые частицы скреплены между собой мельчайшими кристаллами соли. Помимо этого, для лесса характерна большая пористость и крупный размер самих пор. Еще одна особенность — это анизотропия свойств. Например, сверху лесс почти не пропускает воду, а вот по простиранию (в горизонтальной плоскости) — очень легко. Поры обеспечивают легкое и быстрое распространение воды в породе, соль быстро растворяется, поэтому при замачивании структура породы рушится подобно карточному домику. Как следствие, просадки и резкое снижение прочностных свойств.

Динамические испытания (добивку) забивных свай проводятся тем же оборудованием, которым осуществлялось погружение (забивка) свай. Испытания проводятся после наступления отдыха свай. Суть метода заключается в замере осадки сваи после 2 серий (залогов) в 3 и 5 ударов молота по испытуемой свае. На основании данных об осадке сваи, её параметрах, характеристиках молота и высоте его сброса, рассчитывается несущая способность.

В соответствии с ГОСТ 5686-2020

Число испытуемых свай динамической нагрузкой должно составлять до 1% общего числа свай на данном объекте, но не менее 6 шт.

В соответствии с п. 7.3.1. СП24.13330.2021

Для определения несущей способности свай по результатам полевых испытаний для каждого объекта строительства сооружений класса КС-3 и КС-2 рекомендуется проводить до 2% динамических испытаний от общего числа свай на объекте, но не менее шести для сооружений класса КС-2 и девяти — для сооружений класса КС-3.

Отказ сваи — это предельное значение глубины погружения сваи в грунт в процессе забивки.

При испытании на горизонтальную нагрузку усилие от домкрата направлено не сверху вниз, вдоль оси сваи, а перпендикулярно, в боковую часть оголовка. Упором для домкрата, в этом случае могут выступать соседние сваи, грузовая платформа, либо строительная техника (в случае малых нагрузок). Приборы устанавливаются с противоположной стороны оголовка сваи, непосредственно на уровне приложения нагрузки и у поверхности грунта.

Штамповые испытания грунтов

Модуль деформации грунта является показателем жесткости или сопротивления грунта деформации под нагрузкой. Он определяет, насколько грунт будет деформироваться при приложении нагрузки. Понимание модуля деформации грунта имеет решающее значение для обеспечения безопасного и экономичного проектирования геотехнических сооружений.

Модуль деформации грунта зависит от нескольких факторов, таких как:

  • Тип грунта (песок, глина, скала);
  • Плотность грунта;
  • Влажность грунта;
  • Напряженное состояние грунта.

Штамповый модуль деформации грунта определяется путем проведения испытания штампом. Это полевое испытание, которое проводится путем приложения нагрузки к круглой или квадратной плите, размещенной на поверхности грунта, и измерения осадки плиты.

  1. Подготовка площадки:
     Выбирается ровная площадка, где будет проводиться испытание.
    • Поверхность грунта очищается от рыхлого материала и растительности.
  2. Установка штампа:
    Штамп устанавливается на поверхность грунта.
    • Штамп может быть круглым или квадратным, с диаметром или стороной от 30 до 90 см.
  3. Приложение нагрузки:
    Нагрузка применяется к штампу с помощью гидравлического домкрата или другой подходящей системы загрузки.
    • Нагрузка увеличивается постепенно ступенями, в соответствии с программой испытаний.
  4. Измерение осадки:
    Осадка штампа измеряется с помощью индикаторов осадки или других измерительных приборов.
    • Осадка измеряется на каждом этапе нагрузки.
  5. Анализ данных:
    Данные испытания анализируются для определения штампового модуля деформации.
    • Штамповый модуль деформации представляет собой наклон кривой нагрузка-осадка на линейном участке.

В соответствии с п. 5.4 СП24.13330.2021

Для объектов повышенного и нормального уровней ответственности, указанные в 5.2 и 5.3 работы рекомендуется дополнять испытаниями грунтов прессиометрами и штампами поГОСТ 20276.1-2020.

Что такое несущая способность грунта?

Это его способность выдерживать нагрузку без чрезмерного проседания или разрушения. Она определяется сочетанием физических и механических свойств грунта, таких как плотность, прочность, модуль деформации и влажность.

Несущая способность может варьироваться в зависимости от глубины, типа грунта, уровня грунтовых вод и других факторов. Поэтому важно проводить тщательные геотехнические исследования, чтобы определить несущую способность грунта для конкретного участка строительства.

Это геотехническое испытание, используемое для определения параметров прочности и деформации грунта. Оно выполняется путем расширения зонда, установленного в грунте, и измерения давления, необходимого для его расширения.

К грунтам с высокой несущей способностью относятся крупнообломочные, щебень, галька, гравий. Конструкции на таких грунтах будут иметь прочное и стабильное основание, способное выдерживать нагрузки значительные.

Оценка состояния бетона свай

Проверка целостности свай проводится с целью выявления скрытых дефектов, которые могли возникнуть при устройстве свай, в виду нарушения технологических процессов, либо в связи с низким качеством используемых материалов.

В настоящее время, наибольшее распространение имеют методы ультразвуковой дефектоскопии со сплошным «прозвучиванием» ствола сваи, а также метод сейсмоакустического анализа ударного воздействия на оголовок сваи.

В соответствии с п. 12.8.3 СП 45.13330.2017

Контроль длины свай и оценка сплошности их стволов с использованием сейсмоакустических испытаний — 20% общего числа свай на объекте;
Оценка качества (однородности) бетона свай на полную их длину методами радиоизотопных или ультразвуковых измерений — 10% общего числа свай на объекте;

В соответствии с п. 7.5.14 СП24.13330.2021

При устройстве буронабивных свай диаметром, превышающим 850 мм, не менее 10 % свай для сооружения класса КС-2 и не менее 30 % свай для сооружения класса КС-3, а при нагрузке на сваю более 10 МН – 50 % свай из них рекомендуется проектировать с арматурными каркасами, оснащенными специальными трубками для контроля сплошности и однородности стволов свай неразрушающими методами. Для фундаментов, где предусматривается устройство одной сваи под колонну следует предусматривать сплошной контроль сплошности и однородности стволов свай.

В соответствии с п. 10.6.4 СП 412.1325800.2018

Контроль длины свай и оценка качества укладки бетона с использованием сейсмоакустических испытаний, 70% от общего числа свай на объекте. Контроль длины свай и оценка качества бетона свай методами ультразвуковых межскважинных измерений или радиоизотопного каротажа при диаметре свай от 500мм до 850мм – 60% от общего числа свай на объекте, а при диаметре свай 850мм и более – 100%

Данный метод основывается на анализе характеристик ультразвуковых волн, проходящих через тело буронабивной сваи.
            Для выполнения испытаний данным методом, равноудаленно по периметру арматурного каркаса буронабивной сваи, на всю его длину, устанавливаются трубки диаметром не менее 50 мм не более 65 мм с изолированным нижним концом. После устройства армокаркаса, бетонирования сваи и набора бетоном 75% от проектной прочности, возможно проводить испытания свай на сплошность.
            В процессе испытаний, подготовленные трубки заполняются водой, в них опускаются датчики генерирующие и принимающие ультразвуковой сигнал. Специалисты проводят замеры скоростных характеристик прохождения сигнала через определенные промежутки и камерально на основании полученных результатов моделируют прочностные характеристики ствола сваи с описанием выявленных дефектов.
            Данный метод испытаний позволяет выявить пустоты, трещины, расслоения, зоны с пониженной прочностью бетона, а также наличия посторонних включений.

Сейсмоакустическое испытание сваи является относительно недорогим и быстрым способом определения целостности и длины как буронабивных, так и забивных свай. Данный метод уступает по точности методу ультразвуковой дефектоскопии, но, в свою очередь, не требует подготовительных работ на этапе устройства свай и позволяет проводить кратно большее количество испытаний за рабочую смену.

При проведении испытания, на зачищенный в плоскость оголовок сваи устанавливается сверхчувствительный датчик, принимающий акустические волны проходящие через бетон сваи, сгенерированные по средствам нанесения серии ударов по оголовку специальным молотком. Зарегистрированные сигналы анализируются для определения времени прохождения волн, их амплитудных и частотных характеристик. После камеральной обработки полученных результатов выдается протокол, содержащий данные о длине свай и выявленных дефектах.