Динамический метод испытания свай

 

Основная часть энергии удара сваебойного молота при забивке свай расходуется на погружение сваи. Величину погружения сваи от одного удара называют отказом. Очевидно, что чем больше сила сопротивления сваи погружению, тем меньше величина ее отказа, поэтому величина отказа в конце забивки может служить показателем несущей способности сваи в ее проектном положении.

Энергию W падающей части молота можно разложить на следующие составляющие:

W = QH = FuSa + Qh + a QH,
где Q — вес ударной части молота; H — высота ее падения; Fu — сила предельного сопротивления сваи погружению; Sa — величина отказа сваи; Qh — энергия, израсходованная на упругие деформации материала сваи и грунта, выраженная через величину подскока ударной части молота h; a QH — прочие потери энергии (смятие, нагрев и др.).

Раскрывая составляющие потери энергии и пренебрегая упругими перемещениями грунта и сваи, Н.М. Герсеванов получил следующую формулу для определения предельной нагрузки на сваю [6, 7]:

(4.9)
где n — коэффициент, зависящий от материала сваи, равный 1500 кПа для железобетонных свай с наголовником, 1000 кПа для деревянных свай и 5000 кПа для стальных свай с наголовником; A — площадь поперечного сечения ствола сваи «брутто»; Q п— полный вес молота; q — вес сваи с наголовником и подбабком; k 1— коэффициент восстановления удара, зависящий от материала соударяющихся тел; для стали и чугуна (молот) с деревом (наголовник сваи) k 12 = 0,2.

Формула (4.9) применима при величине отказа Sa ³ 2 мм. При меньшей величине отказа упругими перемещениями сваи и грунта пренебрегать нельзя. Формула для определения Fu по величине отказа сваи с учетом ее упругих перемещений дана в СНиП.

Из выражения (4.9) можно получить формулу расчетного отказа свай Sp для контроля несущей способности забиваемых свай Fd, которая задана в проекте фундамента [6, 7]:

(4.10)

Несущая способность сваи считается обеспеченной, если фактический (замеренный) ее отказ S будет равен или меньше контрольного Sp.

Формулы (4.9) и (4.10) получены при использовании подвесных и паровоздушных молотов одиночного действия, для которых W = QH. Для трубчатых дизель-молотов W = 0,9 QH, а для штанговых W = 0,4 QH. Для молотов двойного действия принимают паспортное значение W. При забивке наклонных свай энергию удара уменьшают на 10–20 %.

На практике трудно замерить точно величину отказа от одного удара. Поэтому его определяют как среднее значение путем деления замеренной величины погружения сваи от залога контрольных ударов на число ударов в залоге (5–10 контрольных ударов).

В процессе забивки свай вокруг них изменяется природное состояние грунта. В водонасыщенных глинистых грунтах при динамическом воздействии происходит их тиксотропное разупрочнение, в результате чего сопротивление грунта погружению сваи уменьшается (отказ сваи возрастает). После забивки сваи, во время ее «отдыха», в окружающем грунте происходит восстановление структурных связей и постепенное увеличение несущей способности сваи. Наблюдается так называемое явление засасывания свай, а ее отказ от контрольного удара в это время будет меньше, чем до «отдыха».

При забивке свай в песчаные грунты у ее нижнего конца образуется зона из сильно уплотненного грунта, а погружение свай замедляется (значение отказа уменьшается). В процессе «отдыха» сваи напряжения в уплотненной зоне грунта рассасываются (релаксируют), а сопротивление погружению сваи уменьшается (отказы увеличиваются). Отказ от сваи до ее «отдыха» называют ложным, а после «отдыха» — истинным. Для оценки несущей способности свай используют истинные значения отказов. При этом сваи после их погружения должны «выстояться» не менее 3 суток в песчаных грунтах и не менее 6 суток — в глинистых.

Расчетное значение несущей способности свай Fd по результатам динамических испытаний определяют в соответствии с формулой (4.8).

Динамический метод испытаний свай по сравнению со статическим дает менее точные результаты, что объясняется различным характером работы грунта у свай при динамическом воздействии на него в процессе забивки и при действии статических нагрузок от сооружения.

Динамическим испытаниям подлежат только забивные сваи. Набивные, буровые, а также сваи-оболочки большого диаметра, винтовые и камуфлетные сваи испытывают статическими пробными нагрузками.