 |
Отказом сваи называют глубину погружения сваи от одного удара молотом или глубину погружения от работы вибропогружателя за 1 мин.
|
|
|
|
Поведение грунта при погружении сваи динамическими способами зависит от многих параметров, но в первую очередь от вида грунта и его водонасыщения.
При погружении сваи в песчаные грунты в результате действия динамической нагрузки от вибропогружателя или ударов молота под острием сваи происходит уплотнение окружающего грунта, и свая встречает с большей глубиной большее сопротивление грунта, отказ сваи уменьшается.
При погружении в водонасыщенные глинистые грунты наблюдается обратная картина. Происходит нарушение природной структуры, перемятие грунта, обволакивание водой боковой поверхности сваи, приводящее к снижению трения сваи о грунт. В результате этого свая, по мере ее погружения, нередко встречает меньшее сопротивление грунта на большей глубине, а размер погружения сваи за один удар молота увеличивается.
При устройстве насыщенных сваями свайных кустов вышеперечисленные явления усугубляются.
Сваи, погружаемые в кусте последними, в первом случае могут оказаться значительно недопогруженными по сравнению со сваями забитыми в первую очередь. Поэтому в песках, а в плотных песках особенно, учитывая явление уплотнения грунта при погружении свай, забивку следует вести от середины свайного поля к его периметру.
При устройстве же свайного куста на глинистых грунтах последние сваи могут встретить все меньшее сопротивление грунта их погружению, и отказ их будет больше, чем отказ свай, забитых в кусте первыми.
Если через несколько дней после забивки сваи произвести добивку сваи, то может оказаться, что в случае песчаных грунтов размер отказа станет больше, а для глинистых грунтов – меньше. Эти явления объясняются следующими обстоятельствами.
|
|
|
После снятия динамических нагрузок в песчаных грунтах происходит перераспределение давлений и разуплотнение грунта под острием сваи.
В глинистых же грунтах во время перерыва окружающая сваю вода перемещается от ее боковой поверхности и свойства грунта восстанавливаются, несущая способность грунта увеличивается. В строительной среде это явление называют засасыванием грунтом сваи.
Технологический перерыв между окончанием забивки и началом добивки сваи называется «отдыхом» сваи.
Отказ, получаемый при забивке свай, называется производственным или «ложным» отказом, а отказ сваи после отдыха – фактическим или действительным отказом.
Поскольку отказ сваи, как будет показано ниже, является показателем набора сваей требуемой несущей способности, игнорировать процессы засасывания грунтами сваи и, особенно, разуплотнения песчаных грунтов в основании свайных фундаментов после отдыха нельзя. Необходимо по результатам динамических испытаний и контрольных погружений свай закладывать в проекты производства свайных работ технологические перерывы для отдыха свай и выполнение добивок свай.
Не следует начинать массовую забивку свай до окончания обработки результатов динамических испытаний и возможной корректировки проектного решения свайных фундаментов. Для этого до массового завоза свай на строительную площадку необходимо погрузить первые рабочие сваи в отдельных точках свайного поля с таким расчетом, чтобы охватить все характерные участки, а также выполнить на этих участках испытания грунтов сваями динамическими нагрузками. Для динамических испытаний следует назначать сваи так (например, по периметру свайного поля), чтобы после погружения в грунт они не мешали передвижению сваебойного агрегата и не препятствовали добивке соседних свай.
3.14.Динамические испытания грунтов забивными сваями
|
|
|
Испытания грунтов динамической (ударной или вибрационной) нагрузкой проводят забивными сваями для проверки возможности погружения свай на намечаемую глубину, для оценки несущей способности сваи, определяемой по значению отказа, для установления так называемого коэффициента засасывания, а также для относительной оценки однородностей грунтов по их сопротивлению погружению.
Количество испытываемых свай при строительстве в соответствие с ГОСТ 5696 должно составлять при испытании свай динамической нагрузкой до 1 % от общего количества свай на объекте, но не менее 6 шт.
Динамический способ определения предельного сопротивления сваи основан на зависимости размера отказа от несущей способности сваи по грунту. При прочих равных параметрах несущая способность сваи по грунту тем больше, чем меньше отказ.
Сваи, испытываемые динамическим методом в отдельных точках свайного поля перед массовой забивкой, погружаются тем же копровым агрегатом, который предназначен для производства свайных работ.
Тип сваепогружателя и копрового оборудования для погружения свай и динамических испытаний выбирают в зависимости от массы и длины свай и геологических условий площадки. Сваебойный механизм должен отвечать следующим требованиям:
- при длине сваи более 12 м масса ударной части молота одиночного действия, а также дизельного молота должна быть не менее массы сваи;
- при длине свай до 12 м масса ударной части молота одиночного действия, а также дизельного молота должна быть не менее 1,5 массы сваи при забивке сваи в плотные грунты и не менее 1,25 массы сваи при забивке в грунты средней плотности.
Динамические испытания не могут быть произведены «с нуля». Им предшествуют инженерно-геологические исследования грунтов строительной площадки с определением несущей способности свай Fd различной длины по результатам, например, статического зондирования грунтов (п. 3.11) или по расчетным формулам (п. 3.4). Проектировщик в зависимости от инженерно-геологических условий площадки, конструктивных особенностей сооружения и действующих нагрузок на фундаменты выбирает тип и габариты (длину и поперечное сечение) сваи и назначает глубину погружения сваи. При этом учитываются опыт эксплуатации построенных вблизи зданий, а также условия, способные влиять на несущую способность свай и величину их осадок под нагрузкой (наличие слоя слабого грунта, подсыпка территории, рытье грунта вблизи свай и т.д.).
|
|
|
Далее подбирается сваебойное оборудование и вычисляется предполагаемый отказ сваи по характеристикам сваепогружателя и требуемой несущей способности Fd, найденной по результатам зондирования грунтов и (или) по расчетным формулам. Рекомендуется подбирать сваепогружатель и копровое оборудование таким, чтобы предполагаемый расчетный остаточный отказ был sa,р ³ 0,003 м. Другие требования по подбору копра и молота излагаются в курсе технологии свайных работ.
Расчетный остаточный sa,р, м, отказ при забивке и добивке железобетонных и деревянных свай длиной до 20 м в зависимости от энергии удара Ed выбранного молота и несущей способности сваи Fd,вычисляется по формуле
 ,
| (28) |
где h – коэффициент, принимаемый по таблице 17 в зависимости от материала сваи, кН/м2;
А – площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м2;
Ed – расчетная энергия удара молота, кДж, принимаемая по таблице 18, или расчетная энергия вибропогружателей - по таблице 19;
m 1 – масса молота или выибропогружателя, т;
m 2 – масса сваи и наголовника, т;
m 3 – масса подбабка, (при вибропогружении свай m 3 = 0), т;
e – коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке железобетонных свай и свай-оболочек молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем e 2 = 0,2, а при вибропогружателе e 2 = 0.
Таблица 17
| Случай расчета | Коэффициент h, кН/м2 |
| Испытание свай забивкой и добивкой (а также в случае определения отказов) при видах свай: | |
| железобетонных с наголовником | |
| деревянных без подбабка | |
| деревянных с подбабком | |
| Контроль несущей способности свай по результатам производственной забивки при значении Ed / sa, кН: | |
| 1000 и менее | |
| 8000 и более |
|
|
|
Таблица 18
| Вид молота | Расчетная энергия удара молота Ed, кДж |
| 1. Подвесной или одиночного действия | GH |
| 2. Трубчатый дизель-молот | 0,9 GH |
| 3. Штанговый дизель-молот | 0,4 GH |
| 4. Дизельный при контрольной добивке одиночными ударами без подачи топлива | G (H - h) |
| Примечания 1 G - вес, кН, и H - высота падения ударной части молота, м; 2 В позиции 4 h - высота первого отскока ударной части дизель-молота от воздушной подушки, определяемая по мерной рейке, м. Для предварительных расчетов допускается принимать: для штанговых молотов h = 0,6 м, для трубчатых молотов h = 0,4 м. |
Таблица 19
| Возмущающая сила вибропогружателя, кН | Эквивалентная расчетная энергия удара вибропогружателя, кДж |
| 45,0 | |
| 90,0 | |
| 130,0 | |
| 175,0 | |
| 220,0 | |
| 265,0 | |
| 310,0 | |
| 350,0 |
Подготовка к испытаниям
Сваи, предназначенные для испытаний, должны соответствовать стандартам на сваи, сериям или техническим условиям. Свая, после ее погружения не должна иметь продольных и поперечных трещин с раскрытием более 0,2 мм, а также сколов в голове сваи, уменьшающих поперечное сечение сваи более чем на 15 %, отклонение от вертикали допускается на величину не более 1 см на 1 м длины сваи.
При проведении испытаний в зимних условиях (кроме случаев, когда испытание динамической нагрузкой проводят для определения возможности погружения сваи в этих условиях) грунт в месте испытания оттаивают на всю глубину его промерзания в зоне 1,0 м от грани сваи. Грунт поддерживают в талом состоянии до окончания испытаний.
Приборы для измерения отказов должны обеспечивать погрешность измерения не более 1 мм. При измерении остаточных отказов sa < 0,003 м для фиксации остаточной и упругой части отказа должен использоваться отказомер.
Проведение испытаний
Испытание сваи динамической нагрузкой должно включать:
- погружение сваи до проектной отметки;
- при забивке сваи - подсчеты количества ударов молота на каждый метр погружения и общего количества ударов, а на последнем метре - на каждые 10 см погружения;
- при вибропогружении сваи - подсчеты времени на каждый метр погружения, а на последнем метре - времени на каждые 10 см погружения;
- определение отказов сваи - при забивке производственного отказа sa , п , и после "отдыха", фактического отказа sa.
Продолжительность "отдыха" устанавливается не менее:
3 суток - при песчаных грунтах, кроме водонасыщенных мелких и пылеватых;
6 суток - при глинистых и разнородных грунтах.
Более продолжительный срок "отдыха" устанавливают:
- при прорезании водонасыщенных мелких и пылеватых песков - не менее 10 суток;
|
|
|
- при прорезании глинистых грунтов мягко- и текучепластичной консистенции - не менее 20 суток.
Добивку сваи производят последовательно залогами из 3 и 5 ударов. Высота падения ударной части молота при добивке должна быть одинаковой для всех ударов. За расчетный принимают наибольший средний отказ.
Остаточные отказы sa , п ³ 0,003 ми sa ³ 0,003 м замеряются нивелиром по рискам на свае, наносимым после каждого залога ударов.
При измерении отказов меньшего размера используют отказомеры, например, безынерционный отказомер конструкции НИИМосстроя.
Упругая sa и остаточная часть sel отказа сваи при каждом ударе молота записываются отказомером на специальной вощеной бумаге, наклеиваемой на одну из ровных боковых поверхностей сваи.
Если наголовник сваи расположен непосредственно над грунтом и установить отказомеры ниже него затруднительно, бумага для записи наклеивается с двух противоположных сторон на шарнирную пяту молота (в случае двухштангового дизель-молота) или на наголовник сваи при других типах копров.
Отказомер конструкции НИИМосстроя крепится к доске толщиной 2,5 см, уложенной возле сваи плашмя на две деревянные подкладки, плотно опирающиеся на грунт и расположенные под концами доски не ближе 1 м от испытываемой сваи. Доска придвигается к свае настолько, чтобы перо отказомера слегка прижалось к наклеенной на свае бумаге. После этого доска закрепляется на подкладках так, чтобы исключить возможность ее перемещения. Перед первым ударом и после каждого последующего перо отказомера перемещается горизонтально на 5 - 6 мм.
   |
После испытания вощеная бумага снимается со сваи и величины упругой и остаточной части отказа, записанные на ней пером отказомера (рисунок 29), измеряются с помощью лупы Бринелля или микроскопов МПБ-2 и МИР-2 с точностью 0,1 мм.
В процессе испытания ведут журнал, примерная форма которого приведена в приложении П2.
Журналы полевого испытания грунтов динамической нагрузкой, в которых показано, что действительные отказы свай размером меньше 0,003 м замерены при помощи нивелиров, следует считать не действительными.
Обработка результатов испытаний
Результаты испытаний оформляют в виде журнала полевого испытания талых грунтов динамической нагрузкой и графиков изменения отказов по глубине и зависимости общего количества ударов от глубины забивки сваи (рисунок 30).
Во время динамических испытаний могут возникнуть различные ситуации. РассмотримОРр наиболее характерные из них.
Первая ситуация. При забивке сваю удается погрузить до проектной отметки. В процессе погружения сваи размеры производственного и действительного отказов, контролируемых при помощи нивелира, sa , п ³ 0,003 ми sa ³ 0,003 м. Проектировщику выдается размер действительного отказа sa для вычисления несущей способности сваи и, в случае необходимости, корректировки проекта фундаментов.
 |
Вторая ситуация. При забивке сваю удается погрузить до проектной отметки. В процессе погружения сваи размеры производственного и (или) действительного отказов, контролируемых при помощи нивелира, с какого-то момента погружения становятся меньше 0,003 м. Заменить сваепогружатель по тем или иным причинам невозможно. В этом случае производственный и (или) действительный отказы контролируются при помощи отказомеров. Проектировщику выдается размеры действительного остаточного отказа sa и действительного упругого отказа sel для вычисления несущей способности сваи и, в случае необходимости, корректировки проекта фундаментов.
Третья ситуация. При забивке испытываемых свай их не удается погрузить до проектной отметки, как во время забивки, так и при добивке. Недопогружение свай до проектной отметки больше 15 %. В этом случае следует либо применить сваебойное оборудование с большей энергией удара (если это возможно), либо скорректировать длину сваи и повторить динамические испытания.
3.15.Определение предельного сопротивления сваи по результатам динамических испытаний
При динамических испытаниях забивных железобетонных и деревянных свай длиной не более 20 м частное значение предельного сопротивления Fu, кН, по данным их погружения при фактических (измеренных) остаточных отказах sa ³ 0,003 м определяется по формуле
 .
| (29) |
Если фактический (измеренный) остаточный отказ sa < 0,003 м, то для погружения свай следует предусмотреть применение молота с большей энергией удара, при которой остаточный отказ будет sa ³ 0,003 м. В случае невозможности замены сваебойного оборудования и замеренных отказомером отказах sa и sel частное значение предельного сопротивления сваи Fu, кН, определяется по формуле
 .
| (30) |
В формулах (29) и (30)
h, А, Ed, m 1, m 2, m 3, e – то же, что и в формуле (28);
М – коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным единице, а при вибропогружении свай - по таблице 20 в зависимости от вида грунта под их нижними концами;
sa - фактический остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота, а при применении вибропогружателей - от их работы в течение 1 мин, м (при sa < 0,003 м определяемый с помощью отказомера);
sel - упругий отказ сваи (упругие перемещения грунта и сваи), определяемый с помощью отказомера, м;
m 4 - масса ударной части молота, т;
Q - коэффициент, 1/кН, определяемый по формуле
 ,
| (31) |
здесь А, m 2, m 4, то же, что и в формулах (29) и (30);
np, nf - коэффициенты перехода от динамического (включающего вязкое сопротивление грунта) к статическому сопротивлению грунта, принимаемые соответственно равными: для грунта под нижним концом сваи np = 0,00025 с·м/кН и для грунта на боковой поверхности сваи nf = 0,025 с·м/кН;
Аf - площадь боковой поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом, м2;
g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;
H - фактическая высота падения ударной части молота, м;
h - высота первого отскока ударной части дизель-молота, принимаемая согласно примечанию 2 к таблице 18, для других видов молотов h = 0.
Таблица 20
| Грунты под нижним концом сваи | Коэффициент М |
| 1. Крупнообломочные с песчаным заполнителем | 1,3 |
| 2. Пески средней крупности и крупные средней плотности и супеси твердые | 1,2 |
| 3. Пески мелкие средней плотности | 1,1 |
| 4. Пески пылеватые средней плотности | 1,0 |
| 5. Супеси пластичные, суглинки и глины твердые | 0,9 |
| 6. Суглинки и глины полутвердые | 0,8 |
| 7. Суглинки и глины тугопластичные | 0,7 |
| Примечания 1 При плотных песках значения коэффициента М в поз. 2-4 следует повышать на 60%. 2 Значения коэффициента М рекомендуется уточнять по результатам статических испытаний свай, заглубленных вибропогружателями. |
Если до динамических испытаний несущая способность сваи по грунту была определена только по расчетным формулам п. 3.4 и имеется расхождение более чем в 1,4 раза размеров несущей способности свай, определенных по формулам (29)-(31), с несущей способностью, определенной расчетом в соответствии с требованиями п. 3.4, то необходимо дополнительно проверить несущую способность свай по результатам статического зондирования или статических испытаний свай.
Пример 14. Требуется определить частное значение предельного сопротивления забивной сваи С80.30-5 сечением 300´300 мм, длиной 8 м и массой 1,83 т, забитой в супеси пластичные. Динамические испытания через 6 дней "отдыха" сваи после забивки выполнены с помощью трубчатого дизель-молота типа С-996 с массой ударной части m 4 = 1,8 т без применения подбабка (m 3 = 0). Общая масса молота с учетом стационарной части по паспорту 3,56 т (в справочниках указывается масса 3,65 т, поэтому при расчетах следует уточнять фактическую массу молота), масса наголовника 0,32 т. Испытание производилось путем сбрасывания ударной части дизель-молота без подачи топлива с высоты H = 2,3 м, при этом величина первого отскока ударной части от воздушной подушки составила по измерению мерной рейкой в среднем h = 0,5 м. Размер измеренного остаточного отказа составил sa = 0,0035 м.
Решение. Вычисляем расчетную энергию удара молота (см. таблицу 19).
Ed = G (H - h) = 17,7(2,3 – 0,5) = 31,86 кДж,
где G = m 4 g = 1,8×9,81 = 17,7 кН вес ударной части молота.
По таблице 17 для железобетонной сваи h = 1500 кН/м2.
Площадь, ограниченная наружным контуром сечения ствола сваи
А = 0,3×0,3 =0,09 м2.
Масса молота m 1 = 3,56 т.
Масса сваи и наголовника m 2 = 1,83 + 0,32 = 2,15 т.
По таблице 20 находим коэффициент М = 0,9.
Вычисляем частное значение предельного сопротивления Fu по формуле (29)
=
= 776 кН.
Пример 15. Требуется определить частное значение предельного сопротивления забивной сваи С80.30-5 сечением 300´300 мм, длиной 8 м и массой 1,83 т, забитой в супеси пластичные. Динамические испытания через 6 дней "отдыха" сваи после забивки выполнены с помощью трубчатого дизель-молота типа С-996 с массой ударной части m 4 = 1,8 т без применения подбабка (m 3 = 0). Общая масса молота с учетом стационарной части 3,56 т, масса наголовника 0,32 т. Испытание производилось путем сбрасывания ударной части дизель-молота без подачи топлива с высоты H = 2,3 м, при этом величина первого отскока ударной части от воздушной подушки составила по измерению мерной рейкой в среднем h = 0,5 м.
Размеры измеренных отказомером отказов составили: остаточный отказ sa = 0,0021 м; упругий отказ sel = 0,0048 м.
Свая по проекту заводится в ростверк на 0,5 м.
Решение. Из примера 14:
Ed = 31,86 кДж, h = 1500 кН/м2, А = 0,09 м2, m 1 = 3,56 т, М = 0,9,
m 2 = 2,15 т.
Площадь боковой поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом
Аf = 4×0,3×(8 – 0,5) = 9 м2.
Коэффициенты np = 0,00025 с·м/кН и nf = 0,025 с·м/кН.
По формуле (31) находим коэффициент
= 0,0038 1/кН.
Вычисляем частное значение предельного сопротивления Fu по формуле (30)
= 895 кН.
3.16.Контролируемые отказы при забивке свай
В процессе массовой забивки свай на строительной площадке осуществляется контроль набора несущей способности сваи. Считается, что свая имеет требуемую несущую способность по грунту на вдавливающую нагрузку на проектной отметке, если замеренный действительный отказ sa удовлетворяет условию
 .
| (32) |
Если фактический (измеренный) остаточный отказ sa < 0,003 м, то следует предусмотреть применение для погружения свай молота с большей энергией удара, при которой остаточный отказ будет sa ³ 0,003 м. В случае невозможности замены сваебойного оборудования общий контрольный отказ сваи sa + sel, м (равный сумме остаточного и упругого отказов), замеренный при помощи отказомеров, должен удовлетворять условию
 .
| (33) |
В формулах (32) и (33)
Fd – несущая способность сваи, кН;
sa,р - расчетный остаточный отказ, м;
sel - упругий отказ сваи (упругие перемещения грунта и сваи), замеренный с помощью отказомера, м;
h, А, Ed, m 1, m 2, m 3, e, Q – то же, что и в формуле (28)-(31).
В процессе динамических испытаний определяются при забивке сваи производственный отказ sa , п и при добивке сваи действительный отказ sa. Отношение действительного отказа к производственному отказу называется коэффициентом засасывания [26] 
.
Если k < 1, то происходит засасывание сваи.
Строители для сокращения сроков свайных работ нередко используют эффект засасывания, иногда неоправданно, при забивке свай. Свая при k < 1 погружается при забивке до проектной отметки не с выполнением условий (32) или (33), а с выполнением условия sa , п £ sa,р / k, причем добивка сваи часто не производится. Такой подход к выполнению свайных работ является нарушением требований строительных норм и правил [10], которые гласят, что «Сваи с отказом больше расчетного должны подвергаться контрольной добивке после „отдыха" их в грунте в соответствии с ГОСТ 5686».
3.17.Статистическая обработка результатов испытаний
Определения.
Вероятность - числовая характеристика степени возможности появления какого-либо определенного события в тех или иных определенных, могущих повторяться неограниченное число раз, условиях, выражается в долях единицы или процентах.
Вероятности, с которыми характеристики грунтов, трактуемые как случайные величины, принимают те или иные значения, образуют распределение вероятностей, для установления которого по выборочным данным оценивают один или несколько параметров распределения.
Доверительный интервал - интервал, вычисленный по выборочным данным, который с заданной вероятностью (доверительной) накрывает неизвестное истинное значение оцениваемого параметра распределения.
Доверительная вероятность - вероятность того, что доверительный интервал накроет неизвестное истинное значение параметра, оцениваемого по выборочным данным.
Односторонняя доверительная вероятность - вероятность того, что неизвестное истинное значение параметра не выйдет за пределы нижней (или верхней) границы доверительного интервала.
Среднее значение (выборочное) - среднее арифметическое из частных значений, образующих выборку независимых друг от друга и от пространственных координат величин.
Коэффициент вариации - мера отклонения опытных данных от выборочного среднего значения, выражаемая в долях единицы или процентах.
Метод наименьших квадратов - метод статистической оценки функциональной зависимости путем установления таких ее параметров, при которых сумма квадратов отклонений опытных данных от этой зависимости является минимальной.
Среднее квадратическое отклонение - мера отклонения опытных данных от выборочного среднего значения или от функциональной зависимости, выражаемая в абсолютных единицах.
Число степеней свободы - число независимых наблюдений, равное числу определений n характеристики минус число оцениваемых статистических параметров.
|
|
|
