Статические испытания свай

Статическим испытанием свай называют комплекс мероприятий, направленный на проверку соответствия несущей способности опорных конструкций в грунте расчетным нагрузкам, установленным в проекте возводимого сооружения. Суть метода заключается в том, что на заглубленную в грунт опору оказывают давление гидравлическим домкратом, постепенно увеличивающий величину нагрузки.

В зависимости от требований СП и ГОСТ 5686-2020, по результатам исследования инженеры приходят к заключению о пригодности подобного основания для будущего строительства. С помощью статических испытаний определяют необходимый вид и конструктив опор. Для расчета берется наименьшее значение, полученное в результате исследований. Работы проводятся уполномоченными компаниями, обладающими необходимым оборудованием и соответствующим опытом.

При помощи полевых работ решают следующие задачи:

• Выбор нужного вида, габаритов, конструктива свай для объекта.
• Установление опытным путем несущей способности опорной конструкции по грунту.

Посредством выявленных в процессе обследований дополнительных значений специалисты определяют однородность грунта на участке по замерам сопротивления. Рассчитывается глубина погружения опор, несущая способность и стойкость к деформированию. Статические методы трудоемкие, но наиболее информативные при составлении проекта строительства.

Количество контрольных испытания грунтов сваями согласно ГОСТ и СП

Алгоритм статических исследований грунтов регламентируется положением ГОСТ 5686-2012. Работы также выполняют в соответствии с СП 24.13330-2011. Согласно особенностям расположения и типа строительного объекта разрабатывается программа статических испытаний. В программе указываются все технические характеристики материалов, используемых при возведении фундамента, тип свай, проектная расчетная нагрузка. Аналитические данные грунта в месте строительства, возможные уточнения и поправки также важны, потому что только комплексная оценка способствует успешному и безопасному строительству.

Важная информация в ходе проверки:

• При выполнении исследований грунтов статической вдавливающей нагрузкой проверяют не более 1% свай. Для небольших объектов — не менее 3 штук.
• Для получения объективных результатов испытаний статических выдергивающих и горизонтальных нагрузок — не менее 1%. В отдельных случаях — не менее 4 штук.
• Из общего количества выбирают опоры с наибольшим числом отказа при забивании.
• Места установки опытных свай определяет проектировщик. Обычно это грунты с самыми неблагоприятными прогнозами.
• Для просадочных грунтов используют метод предварительного замачивания. Для этого применяют специальное водяное оборудование, рассчитывают время необходимой выдержки и допустимые показания измерительных приборов.
• При исследовании буронабивных конструкций измеряют предварительные статические показатели прочности бетона. Обычно они составляют не менее 80% от проектных значений.
• Экспертизу грунта под сваями проводят перед стадией проектирования. Даже за несколько лет данные сильно устаревают, меняется структурный состав, физические и механические показатели.
• Все проверки грунта классифицируются на лабораторные и полевые, при этом важно получить как можно больше информации.

В результате обработки показателей приборов определяют несущую способность опор в виде среднего или нормативного значения. Это позволяет определить коэффициент надежности грунта, повысить экономию материалов при реализации проекта.

С помощью испытаний свай фундамента инженеры проводят разносторонний анализ проектных данных при строительстве. Без выполнения этих исследований нельзя приступать к окончательному возведению фундамента. Полученные данные используют для расчета максимальной нагрузки и сопоставления выбранных характеристик опор. Любые отклонения оценивают как угрозу безопасности эксплуатации. Важно проводить статические исследования на любых грунтах.

У процесса испытаний на вдавливание много особенностей. Необходимо задействовать специализированное оборудование, разработать программу испытаний согласно результатам геологических изысканий и проектной документации.

Таблица, количество испытаний согласно ГОСТ и СП:

Цены на статические испытания свай

Как проводится оценка несущей способности свай по грунту

Нагружения выполняются равномерно ступенями, вес которых рассчитывается согласно расчетной нагрузке на опоры. Установка каждой последующей ступени проводится после стабилизации усадки и снятия показаний измерительных устройств. Ступень нагрузки должна составлять не более 10% от максимальной, заявленной в программе.

Во время измерений инженеры собирают данные, которые применяют для анализа допустимых значений. Стабилизация определяется степенью усадки до 0,1 мм за 30 минут наблюдения. Статические исследования длятся дольше динамических. Использование допоборудования и спецтехники увеличивает стоимость выполнения работ, но этот метод считается самым точным для любого глобального строительства.

Классификация статических испытаний грунтов сваями по нагрузке:

Виды статических испытаний грунтов

Статические исследования выполняют:

• Вдавливающей нагрузкой. Нагружение выполняют равномерно, без ударов. На каждой ступени снимаются показания по всем устройствам для определения деформации (перед погружением опоры, сразу после нагружения, 3 раза последовательно с промежутком в 30 минут, затем — каждые 60 минут до условной стабилизации деформации). Разгрузка проводится при достижении ступенями предельной нагрузки, каждая ступень выдерживается как минимум 15 минут.
• Выдергивающей нагрузкой. Нагружение производится идентично вышеуказанному способу. Не используются ЖБ сваи без поперечного армирования, с уширенной пятой. Разрешается использование опор, которые прошли исследования вдавливающей нагрузкой.
• Горизонтальной нагрузкой. Измерительные устройства размещают на уровне поверхности грунта и прикладывания горизонтальной нагрузки. Нагрузку при обследовании доводят до величины, провоцирующей перемещение опоры на уровне приложения силы. Если же проводятся контрольные испытания, это значение должно находиться на уровне расчетной горизонтальной нагрузки.
• Методом Остерберга (МПГД). В исследованиях используют силовую ячейку, которую размещают в теле исследуемой сваи. Силовая ячейка делит опору на верхний (ВИЭ) и нижний (НИЭ) испытуемые элементы. Во время нагружения оба элемента подвергаются деформации сжатия, происходят перемещения. Величины деформаций и перемещений фиксируют специальной аппаратурой.
• Методом PDA (волновым методом). Нагрузка прикладывается ударным молотом по верхнему торцу исследуемой опоры. Посредством датчиков регистрируют реакцию конструкции на удар, а показатели отображаются на компьютере для дальнейшей обработки. Несущая способность сваи устанавливается путем анализа распространения по конструкции прямых и обратных волн напряжений и скоростей.
• В многолетнемерзлых грунтах. Испытания выполняют на вдавливание и выдергивание свай после полного вмерзания в грунт исследуемой конструкции. Средние температурные значения по длине конструкции не должны превосходить температуру окружающих слоев. Контроль температурных показателей проводят с промежутками в 1 м.
• В просадочных грунтах с замачиванием. Основания свай в таких условиях замачивают еще до старта работ и не прекращают до их завершения. Работы выполняют на специально предназначенном опытном участке на удалении от возводимого объекта. В определенных случаях исследования можно выполнять без замачивания грунтов на отдельной площадке.

Нормативы для контрольных статических испытаний и порядок проведения работ регламентируется государственным стандартом 5686-2020 (приложение А «Требования к программе полевых испытаний грунтов сваями»). В своей работе мы также руководствуемся требованиям СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты». Программа подразумевает исследование железобетонных опор перед началом инженерных обследований, в начале строительства при разработке участка, после установки опор.

Для возведения зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения часто используют свайный фундамент. Свайные опоры подходят для разных типов оснований и передают нагрузки на прочные нижележащие слои грунтов, минуя ненадежные верхние слои.

Предварительные испытания грунтов вдавливанием — обязательные исследования для подтверждения устойчивости основания конструкции, с помощью которых инженеры детально оценивают стоимость установки фундамента и рассчитывают нагрузки.

Исследования помогают предупредить ошибки при неверном проектировании, снизить риск аварий и обрушений при эксплуатации уже возведенного объекта.

Рейтинг скорости и точности испытания свай:

Технология испытаний грунтов статической нагрузкой на сваи

Техника и оборудование для испытаний грунтов подбираются согласно техническому заданию, измерительные приборы предварительно проходят проверку. Это обеспечит правильность манипуляций и точность статических измерений на вдавливающую нагрузку. Специалисты, которые выполняют работы, должны обладать практическим опытом исследований и придерживаться пунктов разработанной для объекта программы.

Для испытаний применяют следующее оборудование:

• Домкрат или тарированный груз для передачи рассчитанного усилия на сваи.
• Упорная конструкция, платформа с грузом-утяжелением для опор или система балок с анкерными сваями.
• Гидравлическая станция специального назначения и рукава высокого давления.
• Высокочувствительные датчики, собранные в связанную систему.

Основное назначение домкрата — передача усилий на сваю ступенями при постоянном давлении. Для других случаев, например для метода погруженного домкрата, используют силовые ячейки, вмонтированные в каркас опоры. Эти ячейки состоят из нужного количества домкратов и дополнительного оборудования, список которого определяется особенностями исследуемых грунтов. Заданная нагрузка указывается в программе испытаний.

Особое внимание уделяется измерительным приборам. Для проведения измерений перемещения опор допускается применять индикаторы часового типа с величиной хода не менее 50 мм (ИЧ-50) по ГОСТ 577 с ценой деления 0,01 мм и классом точности 1, для диапазона рабочих температур от минус 15°С до плюс 35°С. Допускается применение прогибомеров Максимова с ценой деления 0,1 мм.

Виды принципиальных схем испытаний грунтов сваями

Используемые сваи должны отвечать требованиям утвержденных строительных нормативов. Все отклонения от расчетных нагрузок и изменения параметров в обязательном порядке обсуждаются с проектировщиком. В этом случае могут потребоваться дополнительные исследования и новые расчеты.

До старта исследований разрабатывают программу испытаний грунтов, которую согласовывают с проектировщиком объекта. В работе запрещены отбракованные опоры, а также не соответствующие заданным в документации параметрам материалы. В документально оформленной программе испытаний отражают выбранный метод проверки и привлеченное оборудование.

Виды упорных конструкций для статических исследований:

• Грузовая платформа, которая выполняет функцию упора для применяемого гидравлического домкрата.
• Система балок с анкерными сваями для восприятия реактивных сил.

При подборе принципиальной схемы передачи усилий опираются на планируемые показатели нагрузки.

Грузовую платформу, передающую усилия на сваю, применяют для исследований с нагрузками не выше 200 тонн.

Системы балок с анкерными сваями применяют для относительно больших объектов с передаваемой нагрузкой на опору до 1500 тс. Способ подходит, если нет возможности обеспечить грузы такой массы, а расходы на устройство анкерных свай экономически обоснованы.

При исследованиях нагрузкой более 2000 тс, в стесненных условиях, например для свайных фундаментов мостов и объектов гидротехнического строительства, используют метод погруженного домкрата. С помощью этого метода специалисты выполняют работы с нагрузками более 10000 тс и без использования дополнительных анкерных свай.

Сравнение принципиальных схем статических испытаний грунтов сваями:

Методика выполнения испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой

Весь процесс статических исследований грунтов на вдавливание регламентируются строительными нормативами и ГОСТ. Работы начинаются не ранее чем через 3-6 суток после забивки опытных свай. Этот показатель определяется предварительными геологическими изысканиями и структурным составом грунта в области забивки опорных конструкций.

Алгоритм проведения статических испытаний:

1. Подключенные к каждой исследуемой опоре датчики фиксируются в исходном положении. Показания приборов отмечаются как стартовые.
2. Нагрузка на сваи растет в ступенчатом порядке. Увеличение на каждом этапе составляет ⅒ от максимальных проектных значений. После снятия показаний на каждой опоре датчики обнуляются для дальнейшего измерения.
3. Каждая последующая ступень нагрузки начинается только после стабилизации состояния сваи.

Значение стабильности опор достигается при условии, что осадка сваи после каждой нагрузки находится в пределах нормы. Обычно это осадка опоры на величину 0,1 мм в течение получасового промежутка времени.

Три ступени испытаний определяют ход дальнейших исследований. Последнее испытание фиксируется осадкой опоры в течение 5 часов наблюдений, даже если состояние стабильности сваи было достигнуто раньше этого срока.

Статические испытания на вдавливание выполняют на стадиях проектирования или перед массовой забивкой свай. Посредством исследований в период проектирования специалисты получают достоверные сведения о несущей способности грунтов, рассчитывают физические характеристики для предполагаемой вдавливающей нагрузки.

Перед стартом исследований отдельно для каждого проекта составляется программа исследований грунтов, в которую входит поэтапное описание полевых работ. С помощью проверки вдавливающей нагрузки опор часто определяют возможные способы усиления фундамента.

Задачи исследований:

• Верный расчет характеристик используемых свай, который проводят посредством полученных данных еще на стадии предварительных изысканий.
• Анализ показателей планируемой и реальной несущих способностей до массовой забивки опор.

Испытания на вдавливание в строительной отрасли считают самым достоверным методом установления несущей способности грунтов. Несмотря на трудоемкость и потребность в привлечении дополнительного оборудования, это распространенный метод при устройстве фундаментов объектов гражданского, промышленного и гидротехнического строительства.

Отдых свай перед статическими испытаниями грунтов

Важно верно определить тип грунта на объекте, чтобы выбрать правильный срок «отдыха» установленных опорных конструкций. В процессе «отдыха» опор происходит усадка грунта, а скорость процесса определяется его структурой и составом.

Время «отдыха» опор для разных типов грунта:

• При вбивании в крупнообломочные массивы или плотный песок время выдержки составит 24 часа.
• Установленные в песчаные почвы опоры требуют выдержки до 3 дней.
• Для глинистых или разнородных поверхностей срок «отдыха» конструкций составляет от 6 суток.
• При вбивании в мелкодисперсные или водонасыщенные грунты период выдержки — 10 дней.
• Для установленных на пластичных, мягких и текучих глинистых почвах опор срок «отдыха» продлевается на 20 суток.

Исследования буронабивных свай начинают только после схватывания бетонного основания как минимум на 80%. Проверка проводится согласно разработанной программе, ведется рабочий журнал, обязательна схема котлована с указанными местами забивки опор.

Обработка результатов и отчетность

Камеральная обработка полевых исследований проводится для установления частных величин предельного сопротивления сваи (для каждой опоры отдельно). Показатели определяются, чтобы оценить несущую способность опорной конструкции.

Результаты исследований — установление в полевых условиях фактической несущей способности сваи. Все сведения измерительных устройств отражают в журнале проверки. На базе выявленных показателей усадки опоры инженеры строят график распределения нагрузки в заданном отрезке времени.

Установленные значения и расчетные показатели соизмеряют с проектной нагрузкой на опоры. Если эти результаты превосходят степень расчетной нагрузки не менее чем на 20%, последующее строительство фундамента разрешается.

После сбора и анализа всех показаний приборов наши инженеры составляют отчет, подготовленный согласно ГОСТ 5686-2020. Документ содержит текстовую и графическую части, обязательно отображаются графики зависимости «нагрузка-осадка».

В выводах указывается заключение о несущей способности опор по грунту, проверяется (при контрольных исследованиях) соблюдение условия по 1-ой группе предельных состояний. В дальнейшем отчет потребуется для согласования строительного объекта в государственных органах.

Специалисты «СИБГЕОПРО» выполняют статические испытания забивных и буронабивных свай на грунтах любого типа, в том числе многолетнемерзлого и просадочного. У нас есть все необходимое оборудование, платформы с возможностью нагрузки до 3500 тс, комплекты балок различной конфигурации, а также приборы PDA. По результатам работ выдается официальное заключение, которое используется при проектировании строительства. Стоимость статических испытаний — от 35 000 рублей.

Таблица, контроля сплошности и проверки несущей способности свай, для Мостов СП 46.13330.2012:

Требуемые минимальные расстояния между испытуемой натурной сваей и анкерной сваей или до ближайшей опоры грузовой платформы и/или опоры сваевдавливающей машины, а также до опор реперной установки при проведении испытаний грунтов сваями статическими вдавливающими нагрузками ГОСТ 5686-2020

Часто задаваемые вопросы