Статические испытания свай

Проектирование и строительство ответственных зданий и сооружений на свайных фундаментах предусматривает необходимость проведения ряда инженерно-изыскательских работ, в состав которых входит испытание свай по методике ГОСТ 5686-2020. На это прямо указывают положения свода правил СП 24.13330.2021. Наиболее реалистичным методом определения несущей способности свай, предназначенных для использования в условиях конкретной строительной площадки, являются статические испытания с изучением воздействия на конструкцию вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок. Исследования производятся в полевых условиях по предварительно разработанной и утвержденной программе, учитывающей структурные, физико-механические характеристики грунта на месте строительства и предполагаемые условия работы свайного фундамента. Важность таких испытаний очевидна – это обеспечение эксплуатационной безопасности проектируемых зданий и сооружений. В то же время, полевые испытания свай могут подтвердить правильность выбора их типа и мощности при проектировании, своевременно выявить скрытые ошибки, стать поводом для оптимизации конструкторских решений со снижением материальных затрат на строительство фундамента. Право проведения таких работ законодательно делегировано специализированным организациям, имеющим соответствующую лицензию и аккредитацию. В Москве и Подмосковье статические испытания свай выполняет строительная лаборатория «ТехЛабКонтроль».

Цели проведения испытаний

Основным документом, регламентирующим правила проведения испытания свай статической нагрузкой, является ГОСТ 5686-2020. Он предусматривает необходимость ведения работ по предварительно разработанной программе, которая определяет методы, стратегию и тактику, условия испытаний. В ходе работы производится выбор вида и размера свай, проверка возможности их погружения на проектируемую глубину, оценка однородности грунтов, определяется зависимость степени деформирования от продолжительности приложения нагрузок. Анализ величины вдавливающих, горизонтальных, выдергивающих воздействий и вызванных ими перемещений позволяет правильно обосновать выбранный метод строительства, установить глубину осадки свай и предельные нагрузки, с высокой точностью смоделировать работу будущего фундамента.

Условия проведения испытательных работ

Статические испытания являются наиболее достоверным способом определения несущей способности сваи и силы ее сопротивления перемещению в толще грунта строительной площадки. Необходимое для испытаний число конструкций назначается программой с учетом следующих данных:

• грунтовых условий и их неоднородности на площадке;

• геотехнической категории сооружения;

• существующих материалов испытаний по сваям того же типа и находящихся в аналогичных грунтовых условиях;

• общего числа свай и их типов в проектируемом фундаменте.

Все практические действия производятся при следующих условиях:

• для забивных свай – после динамических испытаний, завершения времени «отдыха» и стабилизации в грунте;

• для буронабивных конструкций – после набора бетоном не менее 80% максимальной прочности.

Испытуемые сваи должны находиться в наихудших местах строительной площадки. При нарушении целостности головной части, она должна быть обрублена в месте разрушения, торец выровнен. Перед испытанием свай статической выдергивающей нагрузкой, конструкцию готовят применительно к намеченному способу передачи нагрузки: через обнаженную продольную арматуру на участке до 15 см, через боковое трение и др. Эталонная свая проверяется на степень износа стыков и прямолинейность. При проведении статических испытаний в зимних условиях, грунт на строительной площадке оттаивают на полную глубину промерзания в радиусе 1,0 м от грани сваи при вдавливании и выдергивании, а при испытании горизонтальной нагрузкой – в пределах 3-х диаметров, но не менее 2 м, Такие условия искусственно поддерживаются до завершения испытаний. Статические испытания свай в просадочных грунтах производятся при их естественной влажности с замачиванием основания конструкции. В некоторых случаях эта процедура может не проводиться или проходить локально.

При испытаниях свай статическими методами используется следующее технологическое оборудование:

• сваевдавливающая установка;

• гидравлические домкраты, масляная станция;

• установка для измерения реактивных сил (грузовая платформа с тарированным грузом, система балок, ферм в анкерными сваями);

• прогибомеры;

• реперная система для исключения влияния окружающей обстановки на показания приборов.

Измерительные средства, используемые при статических испытаниях, должны быть поверены в установленном порядке, а испытуемые сваи пройти специальную подготовку в объеме, предусмотренном государственным стандартом и программой испытаний.   

Испытания вдавливающей нагрузкой

Статические испытания свай вдавливающей нагрузкой проводятся на натурных, эталонных или сваях-зондах приложением нагрузок равномерно, без ударов, с постепенным ступенчатым повышением усилий до максимума, предусмотренного программой. В ходе работы ведется постоянное наблюдение за процессом с последовательным снятием показаний приборов, измеряющих деформации. Первый отсчет снимается непосредственно после начала нагружения, следующие три – с интервалом 30 минут (для свай мостов – через 15 минут, далее через 1 час до момента «затухания» перемещений). Критерием условной стабилизации на каждой очередной ступени увеличения нагрузки служит скорость осадки сваи, не превышающая 0,1 мм за промежуток времени, определенный стандартом для грунта в месте испытаний. Для висячей сваи вдавливающая нагрузка при изысканиях должна быть доведена до значения, при котором ее общая осадка составит не менее 40 мм, для эталонной и буронабивной конструкции – не менее 20 мм.

После достижения максимума вдавливающей нагрузки и снятия показаний приборов учета деформаций производится ступенчатая (через 15 минут) разгрузка сваи с удвоенной скоростью относительно нагружения. В начале и конце каждой ступени производится замеры деформаций. Измерения не прекращаются и после полной разгрузки, наблюдения ведутся на протяжении 30 минут при песчаных грунтах в нижней части сваи и 60 при глинистых, результаты снимаются каждые 15 минут.

Испытания статической выдергивающей нагрузкой

При проведении испытаний статической выдергивающей нагрузкой допускается использование свай после их испытаний вдавливанием с «отдыхом» конструкций, продолжительность которого зависит от типа грунта строительной площадки. Определение деформаций при выдергивании проводится по схеме, предусмотренной ГОСТ 5686-2020 для вдавливания натурной сваи. Критерием условной стабилизации деформаций на каждой ступени принимается скорость выхода конструкции из грунта не более 0,1 мм за 2 часа наблюдений, а для свайных фундаментов опор мостов – не более 0,1 мм за 1 час. Статическая выдергивающая нагрузка при инженерных изысканиях для строительства должна быть доведена до величины, вызывающей выход сваи из грунта на отрезок, не превышающий 0,0001 ее длины. Ее максимум не должен превышать расчетное внутренне сопротивление материала ствола, а ширина появляющихся щелей в железобетонных конструкциях не должна быть более 0,3 мм.

Испытания статической горизонтальной нагрузкой

Свайные фундаменты в процессе эксплуатации могут подвергаться разнонаправленным нагрузкам, в том числе и горизонтальным (сдвиг пласта грунта). Испытание свай на противодействие таким деформациям проводится приложением горизонтальной статической нагрузки, замеры результатов производятся в том же порядке, что и при вдавливании натурной сваи (ГОСТ 5686-2020). Приборы для измерения устанавливают не менее, чем в двух плоскостях, параллельных плоскости вектора силы: на поверхности грунта и на уровне приложения нагрузки. Признаком условной стабилизации деформации служит скорость горизонтального перемещения ствола сваи на каждой ступени нагружения, не превышающая 0,1 мм за 2 часа наблюдений. При инженерных изысканиях для строительства, горизонтальная нагрузка должна быть доведена до значений, предусмотренных программой. В этом случае, при контрольном испытании сваи максимальное значение прилагаемого усилия не должно превышать величину расчетного сопротивления конструкции по материалу и вызывать появление в железобетоне трещин шириной более 0,3 мм.

Оформление результатов испытаний

В процессе проведения статических испытаний свай с использованием вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок исполнители ведут полевой журнал, в который заносятся исходные данные, условия и методы исследований, описание и схема испытательной установки, характеристики измерительных приборов и оборудования. В результативной части документа указываются следующие параметры:

• дата и время проведения испытаний;

• суммарное время испытаний;

• величина прилагаемой нагрузки на каждой ступени испытаний;

• общая нагрузка;

• отсчеты по приборам;

• интервалы между отсчетами;

• величина перемещения;

• приращение перемещений;

• сумма перемещений.

Журнал испытаний заверяется подписями исполнителя и наблюдателей, шнуруется, страницы нумеруются. Результативная часть этого документа служит основой для составления графиков с детализацией зависимости появления деформаций от характера и степени внешних воздействий. Графические материалы должны включать в себя инженерно-геологический разрез по ближайшей к месту проведения испытания выработке. Полученные материалы входят в состав технического отчета и передаются исполнителем заказчику. Они позволяют сделать обоснованный вывод о способности свайного фундамента выдержать все предстоящие эксплуатационные нагрузки на протяжении нормативного срока службы возведенного на нем здания, сооружения.