В 2013 году в России вступил в действие ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями». В разделе 8.4 появился новый вид испытаний - контрольное испытание сваи на вдавливающую нагрузку методом, использующим принципы волновой теории удара.

Согласно ГОСТ, данный метод испытаний предназначается для оценки сопротивления буровых, набивных и забивных вертикально расположенных свай на вдавливающую нагрузку. Для приложения ударной нагрузки к свае может применяться стандартный сваебойный или специально изготовленный подвесной молот.

Что же это за новый метод испытаний? Ведь аналогичные методы испытаний давно известны и за рубежом и в России.

Голландцы впервые обсудили измерения высокой деформации в докладе TNO №341, опубликованном в 1956 году, в котором описывались измерения напряженной волны во время забивки трех свай для причала № 1 В проекте Роттердамской гавани (Verduin, 1956).

В 1972 году была создана компания Pile Dynamics, Inc, которая также представила на рынок оборудование для проведения испытаний подобного вида – Pile Driving Analyzer® (PDA) и методику обработки полученных сигналов – программное обеспечение, известное как CAPWAP®.

Эта методика проведения испытаний свай подробно описана в документах разных стран:

  • В странах Северной Америки применяются испытания свай по стандарту ASTM D4945. «Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Deep Foundations».
  • В Бразилии и странах Южной Америки применяются испытания свай по стандарту NBR 13208 Brazilian Standards Dynamic Testing Piles - Method Of Test.
  • В России с 2001 года, ведущими строительными институтами г.Москвы: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова и ОАО «ЦНИИС» (Институт транспортного строительства) были выданы методические рекомендации по проведению полевых испытаний свай методом «ЭЛДИ».

Все эти методы испытаний основаны на теории распространения упругой волны в одноосном стержне.

Итак, приведённые ниже формулировки:

Испытания грунтов натурными сваями ударной нагрузкой;
Испытания свай ударной нагрузкой по ASTM D4945;
Испытания свай методом «ЭЛДИ»;
High-Strain Dynamic Testing of Piles;
Динамические испытания свай методом высоких напряжений (нагрузок);
Испытание свай на вдавливающую нагрузку методом, использующим принципы волновой теории удара.

Всё это один и тот же вид испытаний свай.

В России этот метод чаще называют как «испытания свай ударной нагрузкой» или «метод ударно-волновой теории» (далее по тексту «метод УдВлТ»), чтобы не путать его с динамическими испытаниями свай при забивке или по «отказу» согласно ГОСТ 5686-2012, раздел 7.

Данный вид испытаний не требует высоких затрат и считается эффективной и надёжной альтернативой испытаниям статической нагрузкой; для проведения испытаний не требуется наличие анкерных свай и монтажа конструкций для восприятия реактивных нагрузок; испытания можно проводить на сваях любого типа вне зависимости от способа их изготовления или погружения: забивные; буровые; деревянные, металлические; железобетонные; за один день можно провести испытания до восьми свай, в зависимости от типа свай их месторасположения и характеристик строительной площадки.

Испытания методом УдВлТ являются надежным средством проверки всех типов глубоких фундаментов, как для строительных, так и для инспектирующих их организаций. Кроме этого, данный метод незаменим в тех случаях, когда проведение статических испытаний не является возможным, например, для подводных фундаментов мостов, нефтяных платформ и береговых площадок.

Испытание свай методом УдВлТ позволяют определить (измерить):

  • несущую способность сваи по боковой поверхности и по подошве;
  • характеристику трения боковой поверхности сваи о грунт;
  • целостность сваи;
  • эффективность молота используемого при забивке сваи;
  • напряжение, возникающее в свае в процессе забивки
  • смоделировать график «нагрузка-осадка» верха сваи, аналогичный испытаниям статической вдавливающей нагрузкой по ГОСТ 5686-94.

При написании статьи использованы материалы с сайта https://www.pile.com, http://allnamics.eu


Для проведения испытаний свай методом УдВлТ, наша компания использует современное оборудование компании PDI.

В методе используется следующая аппаратура и программное обеспечение:

  1. Анализатор забивки свай - Pile Driving Analyzer® (PDA) System производства Pile Dynamics, Inc, (Cleveland, Ohio, USA), (см. фото 1);
  2. Датчики тензометры (Strain Transducers) предназначены для снятия показаний напряжений в момент приложения ударной нагрузки. Фото 2, 3.
  3. Датчики акселерометры (Accelerometer) предназначены для измерения виброускорений, возникающих при прохождении прямой и обратной волны. Фото 2, 3.
  4. Программный комплекс Pile Driving Analyzer® System PDA Software Suite. Комплекс предназначен для калибровки оборудования, снятия показаний с датчиков во время проведения испытаний.
  5. Программный комплекс CAPWAP® (Case Pile Wave Analysis Program), предназначенный для моделирования профиля сваи, разбивки грунтового массива на сегменты и последующей обработки сигналов в программе CAPWAP (см. фото 4).

PDA

Фото 1. Анализатор забивки свай - Pile Driving Analyzer®.

PDA sensors

Фото 2. Датчик типа Strain Transducer и Accelerometer.

PDA sensors2

Фото 3. Датчики, установленные на боковую поверхность железобетонной сваи.

PDA CAPWAP

Фото 4. Программный комплекс CAPWAP®.

На фото 5 представлены датчики, закреплённые на боковой поверхности сваи. На фото 6 – момент проведения мониторинга в процессе погружения сваи. На фото 7 и 8 приведены снимки с экрана программы для мониторинга.

С помощью PDA (анализатор забивки свай) можно проводить два типа испытания свай:

    1. Контроль свай осуществляется во время ударного погружения с целью проведения безопасного и экономичного монтажа стальных, бетонных или деревянных свай. Наиболее важными результатами данного вида контроля являются значения сопротивляемости почвы при забивке, эффективность молота, динамические напряжения во время забивки и целостность сваи. Эти результаты можно легко использовать для определения критерия забивки. Все результаты получают в реальном времени. В мировой практике фундаментостроения этот метод является наиболее информативным и позволяет в режиме реального времени получать необходимые параметры. Все испытания проводятся в процессе забивки сваи. Таким образом, каждый удар молота является динамическим испытанием сваи на текущей отметке (глубине).
    2. Испытание ударной нагрузкой производится независимо от процесса установки свай. Главной целью данного испытания является оценка несущей способности сваи. Испытание проводится для буронабивных, набивных бетонных и забивных свай. Забивка сваи осуществляется либо ударным, либо падающим молотом. Сигналы скорости и силы, полученные по месту, проходят последующую обработку программой CAPWAP®.

PDA Photo5

Фото 5. Датчики, установленные на сваю

PDA Photo6

Фото 6. Момент погружения сваи.

PDA Photo7

Фото 7. Снимок с экрана. График распределения нагрузки и график скорости волны в свае.

PDA Photo8

Фото 8. Снимок с экрана. Сводная таблица..

На приведенных выше снимках, отображаются следующие параметры:

EMX – максимальная энергия передаваемая свае при ударе молота;

CSX – максимальное напряжение в «голове» сваи;

CSB – напряжение у пяты сваи;

FMX – максимальная сила;

VMX – максимальная скорость;

RA2 – несущая способность сваи по боковой поверхности;

RMX – максимальная несущая способность, рассчитанная по Case методу;

BLC – количество ударов;

DFN – перемещение (осадка) сваи с учетом упругой деформации грунта.

В процессе погружения свай доступна визуализация данных мониторинга (см. фото 9). Графики строятся в режиме реального времени и позволяют в любой момент определить требуемые параметры погружения сваи. Важно отметить, что оборудование позволяет устанавливать в управляющей программе пороговые значения важных конструктивных параметров (компрессионное напряжение в оголовке сваи, общая несущая способность и.т.д.) и, при необходимости, в режиме реального времени корректировать режим забивки свай вплоть до ее остановки.

PDA Photo9

Фото 9. Снимок с экрана. Графики.

Итак, данный вид  испытаний в процессе забивки (Pile Driving Monitoring), позволяет следующее:

  • испытание свай на несущую способность на стадии инженерных изысканий;
  • испытание рабочих (натурных) свай для подтверждения несущей способности;
  • контроль за напряжениями и деформациями в процессе погружения сваи. Контроль осуществляется в режиме реального времени и позволяет избежать многих ошибок при забивке таких как: деформация трубы; разбитые оголовки свай; потеря несущей способности свай и т.п.
  • текущая (максимальная) энергия удара молота на каждый удар
  • компрессионное напряжение в оголовке сваи!!!
  • компрессионное напряжение в основании сваи!!!
  • текущая (максимальная) несущая способность сваи по боковой поверхности (боковое трение)!!!