Полевые испытания несущей способности свай

Предварительные полевые испытания несущей способности свай предшествуют составлению проекта; цель их — определить или уточнить несущую способность свай в данных грунтовых условиях.

Контрольные испытания проводят в процессе устройства свайных фундаментов для проверки соответствия фактической несущей способности сваи с проектной.

Полевые испытания несущей способности свай могут быть ста­тическими и динамическими. Динамический метод испыта­ния свай применим только к готовым сваям, погружаемым в грунт забивкой или вибрированием.

Рассмотрим основной случай забивки готовой сваи молотом одиночного действия. Свободное падение ударной части молота ве­сом Q с высоты Н создает работу, равную QН. Эта работа расходу­ется на погружение сваи и преодоление добавочных сопротивлений. От одного удара свая погружается на величину е. Эту величину называют отказом сваи. Сопротивление грунта погружению сваи составляет величину Р_пр. Следовательно, работа, израсходованная на погружение сваи, равна Р_пр е.

В процессе удара молота о сваю возникают упругие деформации молота и сваи. Внешне работа упругих сил выражается в том, что молот весом Q, ударившись о сваю, подскочит на высоту h. Следо­вательно, работа упругих сил будет Qh.

Кроме погружения сваи и упругих деформаций молота и сваи, часть полезной работы молота расходуется на неупругие деформа­ции молота и сваи. Допустим, что эта часть работы составляет. Тогда можно составить уравнение работы:

(2.7)

Для решения этого уравнения допускают, что остаточные неуп­ругие деформации в свае будут тем больше, чем больше напряже­ния, возникающие в теле сваи. Следовательно, между величинами и , существует функциональная зависимость.
Н. М. Герсеванов, установив выражение этой зависимости, пред­ложил решение уравнения (2.7). По его исследованиям, предельное сопротивление грунта погружению сваи выражается так:

(2.8)

где: F — площадь поперечного сечения сваи, м²; е — отказ (погру­жение от одного удара) сваи, см; Q — вес ударной части молота одиночного и двойного действия и дизель-молотов или полный вес подвесных молотов, Т; q — вес сваи, наголовника (при его наличии) и подбабка (если забивку ведут с подбабком), Т; H — расчетная высота падения ударной части молота, см; п — коэффициент, зави­сящий от материала сваи и способа забивки, принимаемый по табл. 2.7, Т/м².

Расчетное сопротивление (несущая способность) сваи равно предельному сопротивлению, умноженному на коэффициент одно­родности k = 0,7 и коэффициент условий работы m = 1:

(2.9)

Таблица 2.7   Значения коэффициента п в формуле (2.8)

Расчетную высоту падения молота Н в зависимости от конструк­ции  молота  и  наклона  забивки  свай  принимают  по  табл.  2.8.
Таблица   2.8 Расчетная высота  падения молота Н в формуле (2.8)

Таблица  2.9 Средние значения энергии удара Е,

В табл. 2.8 приняты следующие обозначения:
H₁ — фактическая величина хода упорной части молота, см; h — высота первого отскока ударной части дизель-молота от воздушной подушки, определяемая по мерной рейке (для предварительных рас­четов для штанговых дизель-мо­лотов принимают h = 60 см); Е — энергия удара, Т-см, принимае­мая по паспорту или определяе­мая опытным путем (табл. 2.9); для трубчатых дизель-молотов энергию удара можно принимать равной Е = 0,9QН; Q — вес удар­ной части молота, Т.

Пример 2.2.
Железобетонную сваю серии 1 = 011 = 1 сечением 30х30 см, длиной 8,0 м и весом 1,84 Т забивают молотом одиночного действия весом ударной части Q = 3,0 Т с высотой свободного падения H = 130 см. Свая имеет наголовник весом 0,06 Т. Отказ (величина погружения от последнего удара) равен е = 1,4 см. Определить несущую способность сваи.

Решение.

Для указанного способа забивки (по табл. 2.6) коэффициент п = 150 Т/м². Подставив данные задачи в формулу (2.8), с учетом (2.9) получим:

В тех случаях, когда готовые сваи погружают не забивкой, а виб­ропогружателями, несущую способность сваи можно определить по формуле Б. П. Татарникова:

(2.10)

где: Q — вес вибропогружателя, Т; N₀ — общая величина активной электрической мощности, квт, на валу электродвигателя вибропогружателя при скорости погружения сваи от 0 до 5 см/мин; N_х — то же, при холостом ходе вибратора; — коэффициент, учитываю­щий влияние конструкции вибро­погружателя и свойства грунта; — коэффициент, учитывающий влияние скорости погружения сваи в грунт; е — отказ сваи в см за 1 мин работы вибропогружате­ля. Для вибропогружателей ВП-1 значения коэффициентов    и можно принимать по табл. 2.10.
Таблица   2.10
Значения коэффициентов и в формуле (2.10) (для вибропогру­жателей ПВ-1)

На производстве очень часто решают обратную задачу: по про­екту устанавливают несущую спо­собность сваи, а в процессе про­изводства работ замеряют отказы свай. Отказы свай, замеренные при забивке, должны быть боль­ше заданных в проекте значений контрольных отказов.
Значения контрольных отка­зов вычисляют решением форму­лы (2.8) относительно е:

(2.11)

Так, принимая значения Р = 31,3 Т, значение контрольного отка­за для сваи, описанной в примере 2.2, будет равно

При производственной и экспериментальной забивке свай необ­ходимо соблюдать ряд условий.

Вес ударной части молота одиноч­ного действия должен быть не менее веса сваи (или оболочки) при длине сваи более 12 м, не менее 1,5 веса сваи (при забивке в плот­ные грунты) и 1,25 веса сваи (при забивке в грунты средней плот­ности) для свай длиной менее 12 м. При этом вес наголовника включают в вес сваи.

Наголовники должны соответствовать размеру сваи; зазор меж­ду гранью сваи и стенкой наголовника не должен превышать 1 см.

Динамические испытания свай для определения их несущей спо­собности проводят не менее чем по истечении 3 суток, а свай, заби­тых в глинистые грунты, — не менее чем по истечении 6 суток с момента окончания их забивки. Это требование вызывается тем, что при погружении готовых свай забивкой в некоторые грунты на­блюдаются явления ложного отказа и засасывания.

Ложный отказ проявляется в том, что после некоторого количе­ства ударов свая перестает заглубляться в грунт, но вновь легко на­чинает погружаться после возобновления забивки через несколько дней. При ложном отказе сваю после одной или нескольких оста­новок можно добить до проектной отметки, и через несколько дней несущая способность ее достигает проектной.

Явление засасывания заключается в том, что после некоторого количества ударов отказы резко увеличиваются — свая все легче . уходит в грунт. Если прекратить дальнейшую забивку сваи на не­сколько дней и потом возобновить, то окажется, что за время «от­дыха» свая с трудом поддается дальнейшей забивке, т. е. приобрела проектную несущую способность.

В маловлажных чистых песчаных грунтах плотных и средней плотно­сти частые удары молота вызывают резкое местное уплотнение грунта под концом сваи. В результате обра­зуется грушевидная зона уплотнен­ного грунта, препятствующая даль­нейшему погружению сваи (рис. 2.4, а). После прекращения динами­ческого воздействия молота груше­видная зона разуплотняется и появ­ляется возможность дальнейшей за­бивки сваи. Аналогичные явления наблюдаются также при забивке свай в глинистые грунты твердой и твердопластичной консистенции.
Образование грушевидной уплотненной зоны и ее рассасывание объясняется усло­виями фильтрации грунтовой воды из грун­тов с малым коэффициентом фильтрации. Чем меньше коэффициент фильтрации, тем медленнее удаляется вода при уплотнении грунта. Частые   удары   молота создают в грушевидной зоне запас потенциальной энергии, под воздействием

Рис. 2.4.    Физические явления, сопровождающие забивку свай:
а — образование временного напря­женного «мешка» (в маловлажных и плохо фильтрующих грунтах); б — фильтрация воды вверх, вдоль ство­ла  сваи   (в  пластичных грунтах)

которой вода медленно отжимается.

По мере израсходования запаса потенциальной энергии давле­ния в грушевидной зоне и в окружающем грунте сравниваются, и грунт оказывается способным к дальнейшему уплотнению.

В пластичных глинистых и плывунных грунтах динамическое воздействие молота приводит к тиксотропному нарушению структу­ры грунта и, как следствие, его разжижению. Наряду с этим проис­ходит движение воды вверх, вдоль ствола сваи, что также снижает сопротивление грунта. После отдыха восстанавливается структура грунта и его сопротивление (рис. 2.4, б).

В тех случаях когда свая погружается с помощью вибропогру­жателей при скорости погружения от 2 до 10 см/мин, несущую спо­собность ее определяют из выражения

(2.12)
где: — коэффициент, учитывающий влияние вибропогружения на свойства грунта и определяемый по данным статических испытаний или для ориентировочной оценки несущей способности — по табл. 2.11; k_т=0,7 — произведение коэффициентов однородности и условий работы; N_вп — мощность, расходуемая электродвигателем на колебания сваи и ее погружение, квт; А₀ — фактическая амплитуда колебаний сваи в см,

Таблица  2.11  Коэффициенты для определения несущей способности свай   и   свай-оболочек   с помощью   вибропогружателей в глинистые и песчаные грунты

принимаемая равной половине полного размаха колебаний на последней минуте погружения и замеренная при погружении сваи; n_oб— число оборотов эксцентриков вибрато­ра в 1 мин; Q — суммарный вес сваи, наголовника и вибропогру­жателя, Т.