Динамические испытания свай

В динамическом методе расчета делается попытка связать между собой величину отказа сваи с ее несущей способностью.

Опыт показывает, что по мере забивки сваи в песок отказы все уменьшаются, а нередко, после достижения определенной глубины, свая больше не погружается. Однако, если применить более мощный молот — сваю удается забить еще на некоторую глубину. Забивка свай в песчаный грунт сопровождается его уплотнением.

В случае забивки свай в пластичные глинистые грунты картина существенно меняется. Сначала так же, как и в песке, наблюдается уменьшение отказов, но с некоторой глубины погружение сваи происходит при одном и том же отказе (в отдельных случаях он даже увеличивается). При интенсивной забивке иногда происходят выплески воды вокруг свай, вызванные разжижением грунта. Поэтому может создаться впечатление, что забивка в глинистые грунты свай на большую глубину не дает повышения несущей способности свай. Однако, если забивку прекратить и дать свае «отдохнуть», а через неделю-другую повторно нанести по голове сваи несколько ударов тем же молотом — отказ окажется намного меньшим.

Отмеченное явление связано с так называемым ложным отказом и объясняется тем, что при динамических нагрузках, передаваемых на пластичный глинистый грунт, содержащаяся в порах вода не может быть быстро вытеснена из-за его слабой водопроницаемости. Возникающий при ударной нагрузке в поровой воде напор вызывает разрушение структуры глинистого грунта на некотором расстоянии вокруг сваи. Отжимаемая при этом вода под давлением устремляется вдоль ствола сваи вверх, вызывая размыв и разжижение прилегающего к нему грунта, который начинает играть роль смазки. Одновременно с этим под острием сваи образуется как бы небольшой мешок перемятого ударами и разжиженного грунта.

Образовавшаяся вокруг сваи оболочка из текуче-пластичной глины не оказывает существенного сопротивления погружению сваи. Во время «отдыха» сваи, в процессе которого лишняя вода впитывается окружающим глинистым грунтом, происходит засасывание сваи и ее несущая способность намного повышается, благодаря чему величина отказа уменьшается.

В песчаных грунтах иногда наблюдается противоположное явление: после «отдыха» сваи отказ увеличивается. Это объясняется переуплотнением песчаного грунта под острием забиваемой сваи.

В связи с этим, динамические испытания надо проводить: для свай, забитых в песчаные грунты, — по истечении не менее 3 суток, а для свай, забитых в глинистые грунты, — по истечении не менее 6 суток после окончания их забивки.

Несущая способность забивных свай в т по данным их забивки чаще всего определяется по формуле Н. М. Герсеванова

 (1), где:​

• k — коэффициент однородности грунта, принимаемый k = 0,7;
• m — коэффициент условий работы, принимаемый m = 1;
• F — площадь поперечного сечения сваи нетто в м2;
• n — коэффициент, зависящий от материала сваи и способа забивки;
• для железобетонных свай квадратного сечения сплошных и с круглой полостью, а также полых круглого сечения с наконечником, при забивке их с наголовником, этот коэффициент принимается равным n = 150 т/м2;
• для деревянных свай, забиваемых без: наголовника, n = 100 т/м2;
• Q — вес ударной части молота в т;
• q — вес сваи и наголовника в т без учета коэффициента перегрузки (для молотов дизельных и двойного действия добавляется и вес стационарной части молота);
• е — отказ (погружение сваи от одного удара) в см;
• Н — расчетная высота падения ударной части молота в см, определяемая по табл.

Для удобства вычисления расчетного или контрольного отказа формула (1) может быть представлена в следующем виде:

(1a),

где приняты те же обозначения, что и в формуле (1), а предельная нагрузка Pпр = P/km.

Измерение отказа сваи производят с помощью различных приборов или приспособлений. При сериях (залогах) в 10 ударов молота можно пользоваться и отказомером, и мерной линейкой или рулеткой для измерения погружения сваи по отметкам на стрелах копра и на свае. При 1-3 ударах молота пользуются только отказомером, обеспечивающим точность измерений до 0,5 мм.

Отказомер представляет собой механический прибор (рис. 1), состоящий из планшета и специального устройства для возвратно-поступательного перемещения карандаша по планшету в горизонтальном направлении и с определенной скоростью. При движении острия карандаша по планшету, опускающемуся вместе с забиваемой сваей, вычерчивается отказограмма ступенчатого вида. Величина отказа определяется высотой «сту-пеньки», вычерченной на планшете, т. е. разностью высот соседних горизонтальных линий. Планшет размером 500×360 мм из листового алюминия толщиной 2-3 мм имеет окаймляющую рамку шириной 20 мм, в которой закрепляется лист белой плотной бумаги (типа ватман); под этот лист рекомендуется подкладывать 5-6 листиков обычной мягкой бумаги. Сверху планшет имеет козырек из алюминия шириной 60 мм, предохраняющий бумагу от брызг масла и конденсированной воды при ударах молота по свае.

Планшет прикрепляется к свае хомутом из полосового желе¬за 30×5 мм с помощью стяжных болтов диаметром 10 мм.

Иногда планшет крепят к свае резиновой лентой. Это экономит время, но зато на морозе резина становится хрупкой и скоро изнашивается.

Собственно отказомер состоит из стального винта с двухзаходной правой и левой квадратной резьбой, который вращается в шарикоподшипниках, заделанных в боковых стенках прибора. На винт надета муфта с кареткой, несущая карандаш, каретка снабжена рычагом для переключения на обратный ход, которое осуществляется автоматически при упоре рычага в кулачок, прикрепленный к боковой стенке. Перемещение каретки достигается вращением винта с помощью электромотора (или заводной пружины) и редуктора.

Карандаш отказомера состоит из патрона с пружинкой и штифтом, в полость которого вставляется графит, удерживаемый наконечником. Карандаш вставляется во втулку, прикрепленную к каретке. Рекомендуется применять графит черного карандаша «ТМ».

Для правильного определения несущей способности сваи динамическим методом важное значение имеет достаточно точное измерение высоты падения молота. Для этого обычно пользуются рейкой с четкими делениями через 5см, прикрепляемой к молоту или наголовнику сваи. Таким способом визуально можно определить высоту падения молота с требуемой точностью до 2 см.

Весьма полезным является сочетание динамического и статического методов испытания свай. Для этого при забивке в грунт пробной сваи, предназначенной для статического испытания, измеряют отказы. После статического испытания сваи производится контрольное испытание динамическим методом. Выполнив расчеты сваи динамическим методом по отказам, полученным при забивке сваи и после ее «отдыха», и сравнив вычисленные значения несущей способности сваи с результатом статического испытания, можно получить данные для реальной оценки несущей способности свай в процессе забивки.

Следует иметь в виду, что при выводе формулы (1) учитывалось сопротивление грунта только под острием сваи, в связи с чем его рекомендуется пользоваться для свай, нижние концы которых находятся в пласте грунта более плотном по сравнению с грунтом, окружающим ствол сваи. Кроме того, имелось в виду, что преобладающая часть энергии расходуется на погружение сваи, а это соблюдается только при забивке тяжелыми молотами. Рекомендуется, чтобы вес молота составлял не менее 1,5 веса сваи при ее длине до 12 м и не менее 1,25 веса сваи при ее длине более 12 м (вес наголовника во всех случаях включается в вес сваи).

При очень малых отказах (е < 0,2 см) формула (1) дает большие погрешности.

Динамические испытания свай при пробной забивке позволяют назначить рациональную длину свай и проверить соответствие фактической и расчетной величин отказов. При забивке рабочих свай наблюдения за изменениями отказов позволяют выявить несущие слои грунта, дать относительную оценку несущей способности забитых свай и выявить слабые участки свайного поля. Контрольная добивка свай выявляет изменения несущей способности свай после «отдыха». Она должна выполняться тем же молотом, которым велась забивка свай. В глинистых грунтах ее следует производить короткими сериями ударов, чтобы вновь не нарушить структуру грунта.

Надо иметь в виду, что при увеличении веса молота отказы увеличиваются, причем в гораздо большей степени, чем вес молота. Поэтому применение более тяжелого молота способствует повышению достоверности динамического расчета свай.

Учитывая, что сопротивление глинистых и, тем более, илистых грунтов забивке свай молотом или вибропогружателем резко снижается по сравнению с сопротивлением действию статической нагрузке, пользоваться динамическим методом расчета свай в таких грунтах не рекомендуется. Многочисленные данные подтверждают такую точку зрения.