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:
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, считается эффективной и надёжной альтернативой методу испытаний грунтов сваями статической вдавливающей нагрузкой и имеет ряд преимуществ перед ним, а именно:
- 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 УВТ 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 УВТ 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:
- Анализатор забивки свай - Pile Driving Analyzer® (PDA) System производства Pile Dynamics, Inc, (Cleveland, Ohio, USA), (см. фото 1);
- Датчики тензометры (Strain Transducers) предназначены для снятия показаний напряжений в момент приложения ударной нагрузки. Фото 2, 3.
- Датчики акселерометры (Accelerometer) предназначены для измерения виброускорений, возникающих при прохождении прямой и обратной волны. Фото 2, 3.
- Программный комплекс Pile Driving Analyzer® System PDA Software Suite. Комплекс предназначен для калибровки оборудования, снятия показаний с датчиков во время проведения испытаний.
- 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).
|
Фото 1. Анализатор забивки свай - Pile Driving Analyzer®. |
|
Фото 2. Датчик типа Strain Transducer и Accelerometer. |
|
Фото 3. Датчики, установленные на боковую поверхность железобетонной сваи. |
|
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:
- 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).
- 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®.
|
Фото 5. Датчики, установленные на сваю |
|
Фото 6. Момент погружения сваи. |
|
Фото 7. Снимок с экрана. График распределения нагрузки и график скорости волны в свае. |
|
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.
|
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)!!!