Свайный фундамент и динамические испытания его компонентов

• Проведение исследований
• Расчетный метод
• Применяемые приборы и инструмент при испытаниях статической и динамической нагрузкой

При сооружении фундамента из свай необходимо убедится в их надежности. Для этой цели проводят статические и динамические испытания свай под нагрузкой. Для осуществления строительного проекта достаточно их провести, применив методы, которые будут описаны ниже. При сооружении свайного фундамента по мере заглубления сваи резко (иногда скачком) увеличивается величина сопротивления грунта погружению в него острия сваи от одного удара молотом. При динамическом испытании устанавливают связь между энергией удара молота, забивающего сваю, и ее несущей способностью.

рис. 1. Схема отказомера.

Проведение исследований

При пробном забивании изделия его динамическое испытание дает возможность определить необходимую длину сваи и определить разницу между реальной и расчетной величиной отказа проверяемого изделия. При испытании опоры выявляются ее несущие способности, определяются несущие слои грунта и ослабленные или негодные отрезки свайного поля. При проведении испытания изделий нагрузкой составляются графики зависимости изменения состояния испытуемой конструкции от прикладываемых контрольных усилий. В отличии от статических испытаний, динамические требуют меньшие затраты, чем статические, не портят испытуемые элементы, применимы к их различным видам вне зависимости от их несущих качеств.

Рис. 2. Формула для вычисления P2.

Это происходит в случаях забивки изделий в разнородный грунт, верхняя часть которого более плотна, чем глубинный слой. Такие условия не дадут правильного результата и при статических испытаниях из-за сжимаемости слабого слоя грунта и его ползучести, так как нагрузка перераспределяется так, что на острие опоры приходится ее значительная часть. Это вызовет перегрузку в слабом грунте основания и вследствие этого исказит полученные данные. Для ликвидации вышеописанных препятствий и получения надежных результатов при испытаниях на многослойном грунте необходимо следить за тем, чтобы острие сваи вбивалось в более прочный подстилающий слой.

При динамическом испытании нагрузкой на глинистых почвах могут быть получены различные величины отказов свай в начале забивки изделия в грунт и на конечном этапе испытания. Для предотвращения получения неправильного результата эти данные сравнивают с результатами статических испытаний и отдают им большее предпочтение.

Само испытание сваи проводят не менее трех раз:

• проверяются нагрузкой все имеющиеся на строительном участке опорные элементы для определения уровня неоднородности грунта;
• забиваются в грунт основные сваи, и производится оценка их несущих возможностей, а также выявляются на участке строительства слабые зоны грунта;
• испытуемым изделиям дают «отдохнуть» и затем проводят последний этап динамических испытаний под нагрузкой для получения полноценных данных о несущих способностях примененных опор. Длительность «отдыха» проверяемых элементов зависит от консистенции грунта и принимается:

Схема выбора конструкции свай.

Во время этих испытаний рабочих опор наблюдают за изменениями их отказов, что позволяет изучить расположение слоев грунта на участке строительства и выявить слабые места, а также определить несущие способности используемых изделий. Контрольная забивка «отдохнувших» опор нужна для определения изменений их несущих способностей. Она производится тем же инструментом (молотом), который применялся на начальной стадии динамического испытания свай. Для глинистых почв забивка должна проводится сериями из коротких ударов, а иначе возможны структурные нарушения грунта. Принято, что для динамических испытаний надо применять оборудование, которым будут произведены основные работы по забивке свай.

Окончив все испытания, выводят предполагаемое число отказов свай, равное длине, на которую опускается в грунт изделие за один удар молота. Производятся расчеты по несущей способности забитых свай. Точность вычислений зависит от определения высоты падения молота, массивности его рабочей (ударной) поверхности, веса самой сваи и ее головной части. Необходимо также как можно точнее произвести замеры перемещений изделия и самого грунта после очередного удара молота.

Основным приспособлением для измерения отказов свай является специальный прибор – отказомер. Он позволяет проводить все измерения перемещений грунта и забиваемой сваи с достаточно высокой точностью, равной одному миллиметру. Прибор представляет собой планшет и двигающийся над ним укрепленный на каретке карандаш, совершающий возвратно-поступательные движения c регулируемой скоростью по горизонтали.

Схема устройства ленточно-свайного фундамента.

Планшет имеет размеры 50х36 см и при опускании сваи он движется вместе с ней. Карандаш вычерчивает отказограмму в форме ступенек. Рама планшета сделана из алюминия толщиной 20 мм и имеет окантовку такой же ширины, в которой закреплен лист бумаги, защищенный от дождя козырьком из алюминия шириной 55-70 см. К свае прибор крепится хомутом из железа 3х0,5 см болтами калибром 10-12 мм. Карандаш состоит из штифта и патрона с пружиной, внутрь вставляется графит (Рис.1).

При динамическом испытании большое значение имеет правильное и точное измерение высоты падения ударной части молота. Для измерения этого параметра используют специальную линейку с нанесенными через 50 мм хорошо видимыми отметками. Она прикреплена или к молоту, или к головной части сваи. Точность определения высоты падения молота при таком методе равна 2-м см, что вполне приемлемо.

Расчетный метод

Для определения несущей способности испытуемой опоры в тоннах применяется следующая формула:

P = P1 * P2

P1 = k * m * ( n * F/2),

• в которой k – показатель однородности почвы, он равен 0,65-0,75;
• m – индекс определения рабочих условий. Он равен 1;
• F – площадь сечения элемента в кв.метрах;
• n – показатель, который зависит от способа забивания свай и их материала:

http://www.youtube.com/watch?v=HKhYjKOPqM8

Для вычисления P2 применяют следующее соотношение (см. рис.2).

В этой формуле:

• Q – вес в тоннах ударной части молота;
• q – масса сваи с наголовником в тоннах;
• e – отказ, то есть погружение забиваемого изделия в грунт за один удар молота;
• H – расчетная высота падения ударной кромки молота (она определяется по специальной таблице и зависит от вида применяемого молота).

Применяемые приборы и инструмент при испытаниях статической и динамической нагрузкой

• линейка с метками через 50 мм;
• отказомер;
• молот;
• хомуты и болты;
• лист чертежной бумаги и черный карандаш.

http://www.youtube.com/watch?v=b_bMJeEIs7k

Этот метод испытания свай применим на самых разных грунтах. Но он негоден для возведения свайных фундаментов на сыпучем песочном грунте. Для такого случая применимы только статические нагрузки и соответствующий тип закладки фундамента.