Динамические испытания свай с определением упругого отказа

Любая свайная конструкция устанавливается по предварительно проведенным расчетам. Нельзя просто так прибыть на участок, разметить места нахождения будущих свай, а затем сразу же начать вбивать или вкручивать их в землю.

Истинный и ложный отказ сваи

Ложный отказ — отказ во время забивки свай

Истинный и ложный отказ сваи

Истинный отказ — можно получить после отдыха (периода в течение 3-6 недель после снятия статической нагрузки на сваи).

Истинный и ложный отказ сваи

Истинный и ложный отказ сваи

График зависимости роста несущей способности сваи со временем в глинистых грунтах.

Истинный и ложный отказ сваи
  • – начальная несущая способность сваи в момент забивки;
  • – максимальная несущая способность сваи;
  • Т = (3…6) недель – период относительно быстрого возрастания несущей способности сваи;
  • t1, t2 – время испытания сваи;
  • Р1, Р2 – несущая способность сваи, соответственно в момент времени t1 и t2.
Истинный и ложный отказ сваи

Оптимальная длина свай

Считается, что на основе результатов инженерных изысканий и строительных нормативных документов проектировщики могут точно рассчитать оптимальную длину свай. Безусловно, они могут вычислить все необходимые параметры для создания надежного фундамента, но вряд ли они будут считать деньги заказчика и стремиться к экономической оптимальности. Поэтому, как правило, несущая способность сваи закладывается намного выше той, которая соответствует расчетной нагрузке, за счет использования многочисленных повышающих коэффициентов и желания сделать надежное основание и спать спокойно.

Кроме того, проектировщик обычно немного перестраховывается и при расчете длины свай на основании анализа результатов изысканий. В результате зачастую получается, например, так, что сваи заглубляют на 1–5 «перестраховочных» метров в грунты, прочность которых выше прочности бетона, из которого эти сваи выполнены. Когда такой проект попадает к копровщикам на стройплощадке, они, естественно, пытаются забить пробные сваи в грунт до проектной отметки – ведь технология забивки в принципе не позволяет определить ее оптимальную длину, да и заказчик будет платить за погонные метры. Если свая при забивке не разрушится, то она достигнет проектной глубины, если же разрушится, то копровщики сообщат заказчику, что «геология не соответствует».

Далее после положенного отдыха сваи, изыскатели выполнят ее статические испытания на требуемую проектом расчетную нагрузку (не более того) и подтвердят, что свая ее выдерживает. Но даже если нагрузка на сваю подтвердится больше, чем заложено проектом, то возникает два варианта оптимизации снижения стоимости: (1) уменьшение количества свай. Данный вариант потребует изменения проекта, конструктива ростверков и, как следствие, выхода на повторную экспертизу; (2) сокращение длины свай, т.к. проектная длина избыточна. При этом корректировка проекта не потребуется, достаточно сделать запись об обеспечении несущей способности грунтов на меньшей глубине заложения свай, но для этого необходимо сначала погрузить пробные сваи на меньшую глубину и подтвердить испытаниями несущую способность, что приведет к срыву сроков еще на неделю и при условии, что копровщики знают на какой именно глубине эта несущая способность будет достаточна. Как правило, Заказчик не любит срыва сроков и идти на повторные испытания ради «журавля в небе» не хочет.  Круг замкнулся.

Рис. 1. Торчащие верхние концы недопогруженных забивных свай

В результате заказчик, проектировщик и подрядчик начинают искать козла отпущения, приостановив работы. Но к этому времени все сваи для массовой забивки уже заказаны на заводе и заказчик вынужден оплачивать поставку и забивку их избыточных метров, а также последующую срубку недопогруженной части свай, их вывоз и утилизацию на свалку.

Так возможно ли в принципе определить оптимальную длину свай? Если свая, забитая, скажем, на 12 м, выдержала испытание и дала минимальную осадку, то возможно ли сократить ее длину до 11 м и выдержит ли она при этом проектную нагрузку? А до 10 или до 7 м? Эти вопросы отражают желание заказчика сократить бюджет. Сваебои вместо ответа смогут ответить только то, что нужно попробовать. А для этого заказчику надо будет закупить более короткую сваю, забить ее, дать ей 3–7 суток отдыха и провести испытание, причем без гарантии положительного результата. Соответственно, заказчик все-таки этого не делает и в соответствии с проектом забивает сваи с избыточным запасом несущей способности, фактически забивая в землю лишние деньги.

Параметры, используемые для правильного определения отказа сваи

Для чего необходим расчет отказа сваи? При достижении сваей заданной глубины погружения делается вывод о том, что забитый стержень способен нести такую нагрузку, которая на нее будет возложена.

Расчет отказа стержня производится с учетом следующих параметров:

  • Масса молота, которым производится забивание. Либо масса механизма, вдавливающего стержни в почву.
  • Масса, которой обладает ударная часто молота.
  • Коэффициент сопротивления грунта. Может иметь существенные различия на разных типах почвы.
  • Площадь сечения сваи. Это ее поперечный разрез, который свидетельствует о том, какое сопротивление свая будет оказывать на грунт при вхождении в него.
  • Вес сваи, который нельзя не учитывать при расчетах.
  • Энергия ударов сваебойного молота или энергия того устройства, которое производит вдавливание сваи в грунт.
  • Упругий и остаточный отказы стержня.

Вычисления производятся по известным формулам. На основании расчетов получают проектный уровень погружения свай в почву.

Для более точного определения глубины введения стержней в грунт, проводятся динамические и статические испытания свай на местности, а также зондирование грунта.

Использование расчетов на практике

На практике не всегда удается достичь совпадения проектного и реального уровней погружения. Например, если в процессе забивания стержня был достигнут проектный уровень, но свая не достигла твердого грунта, то погружение необходимо продолжать. Причем, до тех пор, пока не будет достигнут отказ сваи.

Если остановиться на проектном уровне, то масса здания может оказать влияние на фундамент, приведя к его осадке. При этом увеличится вероятность деформации здания.

Если же свая остановилась именно на расчетной глубине, то такую конструкцию считают полностью пригодной к дальнейшей эксплуатации.

Самостоятельное строительство свайного фундамента

Расчёт несущей способности сваи

Для расчёта несущей способности свай сначала проводят всевозможные испытания:

  • Статистическое зондирование.
  • Испытание свай (статистические и динамические).
  • Исследование грунтов.

Расчёт производится согласно СНИП «Свайные фундаменты».

Формула расчёта

Где:

Расчёт несущей способности сваи
  • А – поперечная площадь сваи;
  • М – специальный коэффициент категории грунтов;
  • Ed — расчётная энергия от удара молота по стержню
  • m1 — масса ударяемого приспособления;
  • m2 — масса стержня и наголовника;
  • m4 — масса ударяемого элемента;
  • Sa — остаточный отказ сваи
  • Sel — упругий отказ сваи

Применение расчётов на практике

Применение расчётов на практике очень важная задача для рационального использования материалов, а также соблюдения требований безопасности строительного производства.

Если применить материалы недостаточной прочности, то можно не получить заявленные эксплуатационные характеристики фундаментов. При необоснованном применении более массивных конструкций в результате получим значительный перерасход средств.

Устройство свай — это довольно сложная и трудоемкая процедура, к которой нужно подходить очень серьёзно. Пренебрежение к расчётам может обернуться неприятными последствиями. Самое оптимальное решение при выборе такого типа фундаментов это обратиться к профессионалам.

Читайте также:  Как правильно сделать столбчатый фундамент своими руками

Динамические испытания свай с определением упругого отказа

Динамические испытания с определением упругого отказа

Основным преимуществом измерения упругого отказа в процессе динамических испытаний является более достоверное определение несущей способности сваи Fd. Что позволяет более полно использовать резервы несущей способности основания и, как следствие, эффективно проектировать свайные фундаменты. Ниже представлена формула, по которой определяется допускаемая нагрузка на сваю N. В соответствии с этой формулой значение нагрузки, которую можно передать на сваю с регистрацией упругого отказа будет на 15% выше, по сравнению с аналогичной сваей, которая подвергалась испытанием без измерения упругого отказа.

Динамические испытания свай с определением упругого отказа

ɣk — коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,25 — если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;

1,4 — если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

Динамические испытания свай с определением упругого отказа

Процесс проведения испытаний динамических испытаний свай с определением упругого отказа на видео.

На рисунке ниже представлена диаграмма перемещения сваи после одиночного удара молота.

Свая после каждого удара перемещается в три этапа: вначале она перемещается на некоторую максимальную глубину, затем упругими силами грунта выталкивается вверх и после быстрозатухающих колебаний останавливается в грунте на отметке, отличающейся от положения ее до удара на некоторую величину, называемую остаточным отказом. Разность величин погружения свай на максимальную глубину и остаточного отказа называют упругим отказом.

Динамические испытания свай с определением упругого отказа

В соответствие с Приложением Д СП «Земляные сооружения, основания и фундаменты» расчетный отказ для ж/б свай длиной свыше 25 метров, а также стальных трубчатых свай следует оценивать расчетом, основанным на волновой теории. Ниже приведен пример расчета отказа металлической сваи с закрытым нижним концом, погружаемой забивкой. Геометрические параметры сваи: длина 35 метров, диаметр ствола 325 мм, для обустройства одного из объектов месторождения нефтегазовой отрасли.

Для расчета взаимодействия сваи с окружающим массивом грунта на основе решения волнового уравнения необходимо задать характеристики грунтовых условий площадки строительства. Характеристики могут задаваться на основе данных статического зондирования или на основе табличных данных (сводная таблица физико-механических свойств грунтов). Пример задания грунтовых условий приведен ниже.

Цель расчета сводится к выбору необходимого оборудования для погружения свай. В случае неправильного выбора сваебойного оборудования при забивке сваи фиксируется «ложный» отказ, когда свая погружается маломощным молотом. При этом нижние концы не достигают проектных отметок. Малая энергия удара молота расходуется в основном на разрушение голов свай, а не на их погружение. Расчетный отказ, полученный по результатам расчета, сравнивают с фактическим, измеренным в ходе динамических испытаний после отдыха свай. Если фактический отказ превышает расчетный, необходимо предусмотреть проведение дополнительных статических испытаний. При погружении составных ж/б свай как правило применяют гидравлические молоты с возможностью изменения энергии удара. При этом необходимо контролировать уровень напряжений, возникающих в свае при их забивке для недопустимости ее разрушения, вследствие превышения напряжений предельному значению прочности материала сваи. Ниже приведен пример регистрации сжимающих и растягивающих напряжений в теле сваи при забивке (на объекте «Леруа Мерлен» в г. Кемерово).

Динамические испытания свай с определением упругого отказа

Применение автоматизированных средств измерений позволяет получать результаты в графическом виде непосредственно в процессе испытаний. Ниже приведен график зависимости глубины погружения от количества ударов, глубины погружения от уровня напряжения в материале сваи, мобилизация динамического сопротивления в процессе забивки.

Читайте также:  Как сделать фундамент из покрышек своими руками?

Получите консультацию специалиста по телефону: Инженер ООО НПО «Геосмарт» Александр +7-908-579-39-03

Работаем по всей России и СНГ! Рассчитайте стоимость испытаний

Динамические испытания свай с определением упругого отказа

Другие :

Испытания свай более современным методом в соответствии с п.8.4 ГОСТ 5686-2012 Штамповые испытания грунтов (определение модуля деформации) по ГОСТ 20276-2012

Отказ сваи — что это значит?

Любая свайная конструкция устанавливается по предварительно проведенным расчетам. Нельзя просто так прибыть на участок, разметить места нахождения будущих свай, а затем сразу же начать вбивать или вкручивать их в землю.

Так не будет обеспечиваться надежность конструкции, ведь свайные стержни могут максимально уйти в грунт, не обеспечив, при этом, надежность фундаменту. С целью определения глубины залегания свай, на которой они будут достигать твердого грунта, было введено такое понятие, как отказ сваи. Различают расчетный и практический отказы, суть которых исходит из их названия.

Отказ сваи при забивке — это степень ее погружения в процессе забивки или вдавливания. На практике это означает, что дальше этого значения свая уже не пойдет, обретя упор на плотном грунте. Измеряется отказ сваи с точностью до миллиметра.

Ложный отказ сваи

Практика свайных работ свидетельствует о том, что иногда, в процессе забивания сваи, происходит ее остановка. Причем, задолго до расчетного значения погружения. Это так называемый ложный отказ сваи. Такое явление характерно для некоторых видов грунта, которые сильно уплотняются под наконечником сваи.

Это может произойти при очень частых ударах или очень высокой скорости вдавливания. Как правило, после определенного перерыва, необходимого для восстановления структуры грунта, работу продолжают. Свая добивается до заданного уровня.

Параметры, используемые для правильного определения отказа сваи

Для чего необходимрасчет отказа сваи? При достижении сваей заданной глубины погружения делается вывод о том, что забитый стержень способен нести такую нагрузку, которая на нее будет возложена.

Расчет отказа стержня производится с учетом следующих параметров:

  • Масса молота, которым производится забивание. Либо масса механизма, вдавливающего стержни в почву.
  • Масса, которой обладает ударная часто молота.
  • Коэффициент сопротивления грунта. Может иметь существенные различия на разных типах почвы.
  • Площадь сечения сваи. Это ее поперечный разрез, который свидетельствует о том, какое сопротивление свая будет оказывать на грунт при вхождении в него.
  • Вес сваи, который нельзя не учитывать при расчетах.
  • Энергия ударов сваебойного молота или энергия того устройства, которое производит вдавливание сваи в грунт.
  • Упругий и остаточный отказы стержня.
Отказ сваи — что это значит?

Вычисления производятся по известным формулам. На основании расчетов получают проектный уровень погружения свай в почву.

Для более точного определения глубины введения стержней в грунт, проводятся динамические и статические испытания свай на местности, а также зондирование грунта.

Использование расчетов на практике

На практике не всегда удается достичь совпадения проектного и реального уровней погружения. Например, если в процессе забивания стержня был достигнут проектный уровень, но свая не достигла твердого грунта, то погружение необходимо продолжать. Причем, до тех пор, пока не будет достигнут отказ сваи.

Если остановиться на проектном уровне, то масса здания может оказать влияние на фундамент, приведя к его осадке. При этом увеличится вероятность деформации здания.

Если же свая остановилась именно на расчетной глубине, то такую конструкцию считают полностью пригодной к дальнейшей эксплуатации.

Самостоятельное строительство свайного фундамента

При изготовлении свайного фундамента своими руками обычно используют винтовые сваи, так как для вбивания бетонных стержней нужна специальная техника. Это в определенной степени облегчает работы. Все сваи вкручиваются до упора, до достижения состояния «отказа». Если некоторые из них возвышаются над остальными, то производится их обрезка и подгонка всех свай под единый уровень.

  • бурение скважин в ступинском районе по приемлемой цене