Full Text

Введение В условиях технического перевооружения и реконструкции зданий несущую способность свай, как правило, определяют путем статического нагружения, для чего верхнюю часть исследуемых свай поочередно срезают, между ними и ростверком устанавливают домкрат и выполняют нагружение статической вдавливающей нагрузкой с измерением осадки. В работе А.М. Дзагова [1] даны предложения по совершенствованию действующих нормативных документов испытаний свай статической нагрузкой[2]. Рекомендуемые меры связаны с увеличением числа регистрирующих устройств. Автор предлагает устанавливать дополнительный динамометр между домкратом и упорным устройством, а для измерения осадки сваи закреплять третий прогибомер. Наиболее совершенный способ представлен в НИИОСП им. Н.М. Герсеванова [2]. Он предусматривает непрерывное с момента отрывки фундамента измерение перемещений ростверка и сваи и прекращение испытаний с учетом их деформаций. При этом ряд факторов, влияющих на результаты испытаний в фундаментах существующих зданий, часто не принимается во внимание. В частности, в результате срезки свая перемещается вверх, вследствие чего повторное ее нагружение домкратом происходит при измененном напряженно-деформированном состоянии околосвайного грунта. Кроме того, вокруг свай образуются зоны уплотнения грунта вокруг боковой поверхности ствола и под его нижним концом [3-6]. В зависимости от расстояния между сваями и вида вмещающего их грунта взаимодействие указанных зон может приводить как к росту, так и к снижению несущей способности свай в составе фундамента по сравнению с несущей способностью одиночной сваи[3] [7]. Исследования для решения этих проблем выполнялись в ограниченном объеме. 1. Способ испытания свай без снятия с них действующей нагрузки Определение несущей способности свай в фундаментах существующих зданий путем статических испытаний без снятия с них действующей нагрузки обусловлено в первую очередь необходимостью сохранить сформировавшееся за время эксплуатации фундамента напряженно-деформированное состояние вмещающего грунта сваю. Кроме того, при обследовании зданий, особенно претерпевших деформации, иногда вывести из работы сваю не представляется возможным. Проблемой является также срезка одной из трех свай в кусте и др. На предложенный способ, в котором испытуемая свая не исключается из работы, получен патент на изобретение [8]. Рис. 1. Схема испытаний сваи: а - вид спереди до начала нагружения сваи; б - вид спереди в ходе нагружения; в - поперечное сечение сваи после выполнения 1-й прорези и установки домкрата; г - поперечное сечение сваи после выполнения 2-й прорези и установки домкрата, д - поперечное сечение сваи после подрезки арматуры в углах; 1 - ростверк; 2 - свая; 3 - подошва ростверка; 4, 6, 8, 9 - прорези; 5, 7 - домкраты; 10 - ослабленное сечение ствола сваи Fig. 1. Pile load test scheme: a - a front view before pile loading; b - a front view during loading (process); c - pile cross-section after making the1st cut and placing the hydraulic jack; d - pile cross-section after making the 2nd cut and placing the hydraulic jack; e - pile cross-section after cutting the reinforcement in the corners; 1 - pile cap; 2 - pile; 3 - pile cap footing; 4, 6, 8, 9 - cuts; 5, 7 - hydraulic jacks, 10 - pile cross-section core При проведении испытаний (рис. 1) выполняются следующие операции: - обнажение низа ростверка и головы испытуемой сваи; - выполнение прорези на половину поперечного сечения сваи и установка в нее домкрата; - нагнетание рабочей жидкости в домкрат для обеспечения усилия распора: (1) где F - расчетная нагрузка на сваю, кН; a - площадь поперечного сечения прорези, см2; A - площадь поперечного сечения ствола сваи, см2; - выполнение второй прорези с установкой в нее второго домкрата; - нагнетание рабочей жидкости во второй домкрат, с усилием распора, равным N; - подрезка рабочей арматуры в двух других углах поперечного сечения сваи; - нагнетание рабочей жидкости с помощью одной насосной станции в два домкрата одновременно, до разрыва бетона в ослабленном сечении ствола сваи; - наращивание ступенями нагрузки на сваю, с попутным измерением осадки. Испытания завершают при достижении нагрузки, заданной программой испытаний, или предельных перемещений сваи. Разгрузку сваи проводят в следующем порядке: - снижают давление рабочей жидкости в домкратах до величины N; - сохраняя давление в одном из домкратов, сбрасывают давление во втором, извлекают его из прорези и расклинивают сваю с помощью деревянных клиньев; - сбрасывают давление в последнем домкрате и извлекают его из прорези; - заполняют прорезь бетонной смесью, приготовленной на быстротвердеющем цементе; - после набора бетоном прочности бетона убирают расклинивающий элемент и заполняют бетоном вторую прорезь. Предлагаемый способ испытания свай был апробирован в ходе предпроектных работ по реконструкции трех кирпичных зданий в г. Архангельске и г. Северодвинске (рис. 2). На каждом объекте проведены статические испытания свай двумя способами. а б Рис. 2. Проведение испытания: а - объект № 1; б - объект № 2; в - объект № 3 Fig. 2. Pile load tests: a - project № 1; b - project № 2; c - project № 3 в Испытания первой сваи проводились согласно ГОСТ 5686-2012. Перед проведением испытаний выполнялась срубка головы сваи на высоту 200 мм. Испытания прекращали при достижении осадки свай, превышающей 24 мм, что соответствует требованиям СП 24.13330.2011[4]. Критерии стабилизации и максимальная осадка при испытании по предлагаемой методике были приняты как для первой испытуемой сваи. В ходе испытаний предельное сопротивление свай, испытанных по предложенному способу, оказалось на 5-7 % больше, чем для свай, испытанных по стандартной методике ГОСТ 5686-2012 (рис. 3). Рис. 3. Результаты испытаний свай: - свая, испытанная по ГОСТ 5686-2012; - свая, испытанная по запатентованной методике; а - объект № 1; б - объект № 2; в - объект № 3 Fig. 3. Results of pile load test: - pile tested according to GOST 5686-2012; - pile tested according to patented method; a - project № 1; b - project № 2; c - project № 3 Эффект от применения предлагаемого способа выше в тех случаях, когда испытания свай проводят после длительного периода эксплуатации здания, так как за это время происходит значительный рост прочностных и деформационных свойств околосвайного грунта. Вероятно, что разгрузка сваи и неконтролируемое перемещение ее вверх после отделения от ростверка снижает силы трения ствола сваи с грунтом. В случаях, когда большая часть действующей нагрузки передается через нижний конец сваи, после разгрузки наблюдается разуплотнение грунта, а значит, повторное загружение сваи происходит в худших условиях по сравнению со сформировавшимися за время эксплуатации фундамента. 2. Способ статических испытаний с учетом влияния соседних свай Согласно российским нормам (ГОСТ 5686-2012) для исключения влияния анкерных свай на результаты испытаний расстояние от них до оси испытуемой сваи должно быть не менее 5d, где d - размер поперечного сечения ствола, и не менее 2 м. Однако при устройстве фундаментов сваи могут размещать и на меньших расстояниях - до 3d (СП 24.13330.2011). В связи с этим необходимо принять во внимание возможное влияние смежных свай при проведении статических испытаний в фундаментах существующих зданий. С учетом этого фактора предложен способ испытания свай статической нагрузкой, на который получен патент на изобретение [9]. Предлагаемый способ реализуется следующим образом: - после отрывки грунта рядом с фундаментом обнажаются низ ростверка и головы испытуемой и смежных свай; - на расстоянии не менее 5d от оси испытуемой сваи устанавливается реперная система с прогибомерами; - на испытуемой и смежных сваях крепятся приборы для измерения деформаций ствола - экстензометры [10-12]; - выполняется отделение верха испытуемой сваи от ростверка; - в пространство между испытуемой сваей и ростверком устанавливается домкрат; - регистрируя показания экстензометров и датчика перемещений, производят нагружение сваи домкратом до момента достижения исходного напряженного состояния, таким образом, определяют фактическое усилие, действовавшее на нее до начала испытаний; - ступенями наращивают нагрузку на испытуемую сваю, регистрируя осадку сваи и изменение напряжений в ее стволе, а также в стволах смежных свай. Испытания завершают при достижении нагрузки, заданной программой испытаний, или предельных перемещений сваи. Схема испытаний свай представлена на рис. 4. Рис. 4. Схема испытаний сваи: 1 - ростверк; 2 - испытуемая свая; 3, 4 - смежные сваи; 5 - реперная система; 6, 7, 8 - экстензометры Fig. 4. Pile load test scheme: 1 - pile cap; 2 - test pile; 3, 4 - adjoined piles; 5 - supporting frame for measuring device; 6, 7, 8 - extensimeter По данным испытаний строят график «нагрузка - осадка» и определяют несущую способность сваи с учетом влияния соседних свай, кН, а также резерв несущей способности DV, кН (рис. 5): (2) (3) где Fu - нагрузка, заданная программой испытаний или полученная при предельных перемещениях сваи, кН; - разница между конечным и начальным усилием в смежной свае, кН; - фактическое усилие, действовавшее на сваю до начала испытаний, кН. Рис. 5. Графики зависимости осадки сваи от нагрузки Fig. 5. The load-settlement plots Предлагаемый способ испытания свай статической нагрузкой в фундаментах существующих зданий позволяет определять фактическую нагрузку на испытуемую сваю в составе фундамента и учитывать влияние соседних свай. Заключение Разработан и запатентован способ испытаний свай статической нагрузкой в фундаментах существующих зданий, позволяющий определять их несущую способность, не выключая испытуемую сваю из работы и не допуская ее перемещений вверх, т.е. сохраняя неизменным напряженное состояние вмещающего сваю массива грунта, сформировавшееся за время эксплуатации здания. Экспериментально подтверждено большее предельное сопротивление сваи при статических испытаниях в фундаментах существующих зданий по запатентованной методике на 5-7 %.

About the authors

Y. V Saenko

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

References

Statistics

Views

Abstract - 82

Refbacks

• There are currently no refbacks.