Испытания грунтов статической нагрузкой

С помощью домкрата нагрузка ступенями передается на сваю.

На каждой ступени производятся замеры значения осадки сваи и значения нагрузки, соответствующей ступени, а также времени действия той или иной ступени. Замеры осадок производятся с помощью индикаторов, установленных на реперной системе, до условной стабилизации деформаций (затухание перемещений). Давление замеряется с помощью манометра.

Испытания свай нагрузкой в соответствии с особенностями поставленных задач следует обязательно проводить с учетом:

– использования типа сваи или метода их устройства, не имеющего сопоставимых опытных данных;

– отсутствия испытаний в сопоставимых грунтовых условиях и условиях нагружения;

– когда на сваи будет действовать нагрузка, применительно к которой теория и практика разработаны

недостаточно;

– если наблюдения в процессе устройства свай показывают, что инженерно-геологические или гидро-геологические условия участка строительства сильно отличаются в неблагоприятную сторону от тех, которые прогнозировались на основе изысканий и опыта строительства, а также если дополнительные изыскания не дают возможности выяснить причины этих отклонений.

Необходимое число испытываемых свай для обоснования принятых в проекте решений назначается

с учетом:

– грунтовых условий и их неоднородности на площадке;

– геотехнической категории сооружения;

– существующих документированных данных по сваям того же типа в сходных грунтовых условиях;

– общего числа и типов свай в проекте фундамента.

При испытаниях просадочных грунтов с замачиванием допускается применять локальное замачивание до коэффициента водонасыщения Sr ≥ 0,8 в объеме грунта вокруг испытываемой сваи, ограниченном расстоянием от оси сваи 5d при забивных и 3d при набивных сваях (где d — диаметр сваи или наибольший размер поперечного сечения сваи).

Глубина погружения анкерных свай не должна превышать глубины погружения испытываемой сваи.

Расстояние от оси испытываемой натурной сваи до анкерной сваи или до ближайшей опоры грузовой платформы, а также до опор реперной установки должно быть не менее пяти наибольших размеров поперечного сечения сваи (диаметром до 800 мм), но не менее 2 м. При контрольных испытаниях свай это расстояние должно быть не менее 3d, но не менее 1,5 м (d — диаметр или наибольшая сторона поперечного сечения сваи). Для эталонной сваи или сваи-зонда расстояние должно быть не менее 1 м.

Для свай диаметром более 800 мм, а также для винтовых свай расстояние между испытываемой и анкерной сваями в свету допускается уменьшать до 2d.

Приборы измерения деформации (перемещений) свай при их статических испытаниях (индикаторы, прогибомеры, приборы автоматической записи статических деформаций и т. п.) должны обеспечивать погрешность измерений не более 0,1 мм. Число приборов, устанавливаемых симметрично на равных (не более чем 2 м) расстояниях от испытываемой сваи, должно быть не менее двух.

Перемещение сваи определяют как среднеарифметическое значение показаний всех приборов.

Испытания грунтов забивной сваей следует начинать после ее «отдыха» согласно 7.2.3 СП «Свайные фундаменты». Для свай, погруженных другими способами, начало испытаний определяется программой испытаний, но не ранее, чем через 1 сутки после их погружения.

При испытаниях буровыми (буронабивными, буроинъекционными и т. д.) и набивными сваями начало испытаний назначают не ранее достижения бетоном свай 80 % проектной прочности.

Перед проведением испытаний буровые сваи должны быть проверены на сплошность их стволов, в том числе, в случае необходимости, сейсмоакустическим методом.

Нагружение испытуемой сваи (натурной, эталонной или сваи-зонда) проводят равномерно, без ударов, ступенями нагрузки, значение которых устанавливается программой испытаний, но принимается

не более 1/10 заданной в программе наибольшей нагрузки на сваю. При заглублении нижних концов натурных свай в крупнообломочные грунты, гравелистые и плотные пески, а также глинистые грунты твердой

консистенции допускается первые три ступени нагрузки принимать равными 1/5 наибольшей нагрузки.

На каждой ступени нагружения натурной сваи снимают отсчеты по всем приборам для измерения деформаций в такой последовательности: нулевой отсчет — перед нагружением сваи, первый отсчет — сразу после приложения нагрузки, затем последовательно три отсчета с интервалом 30 мин и далее через каждый час до условной стабилизации деформации (затухания перемещения).

За критерий условной стабилизации деформации при испытании натурной сваей принимают осадку сваи на данной ступени нагружения, не превышающую 0,1 мм за последние 60 мин наблюдений, если под

нижним концом сваи залегают песчаные грунты или глинистые грунты от твердой до тугопластичной консистенции, или 2 ч наблюдений, если под нижним концом сваи залегают глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции.

При испытании свай опор мостов за этот критерий принимают скорость осадки, не превышающую 0,1 мм за последние 30 мин наблюдений — при опирании сваи на крупнообломочные, песчаные грунты и

глинистые грунты твердой консистенции или 60 мин наблюдений — при опирании сваи на глинистые грунты от полутвердой до тугопластичной консистенции.

Нагрузка при испытании натурной сваей должна быть доведена до значения, при котором общая осадка сваи составляет не менее 40 мм. При испытании эталонной сваей или сваей-зондом эта осадка

должна быть не менее 20 мм. При меньших осадках продолжительность выдержки сваи под нагрузкой на последней ступени нагружения, даже в случае достижения принятой условной стабилизации, должна со-

ставить не менее 5 ч, если в программе испытаний не указан другой срок выдержки стабилизации.

При заглублении нижних концов натурных свай в крупнообломочные, плотные песчаные и глинистые грунты твердой консистенции нагрузка должна быть доведена до значения, предусмотренного программой испытаний, но не менее полуторного значения несущей способности сваи, определенной расчетом, и не более расчетного сопротивления ствола сваи по материалу.

При контрольном испытании сваи при строительстве наибольшая нагрузка не должна превышать расчетного сопротивления ствола сваи по материалу.

В случае непредвиденного перерыва в испытаниях дальнейшее нагружение сваи и регистрацию перемещений сваи проводят с отсчетом их от ранее достигнутых значений.

Разгрузку сваи (натурной, эталонной или сваи-зонда) проводят после достижения наибольшей нагрузки (см. 8.2.4 СП «Свайные фундаменты») ступенями, равными удвоенным значениям ступеней нагружения, с выдержкой каждой ступени не менее 15 мин.

Отсчеты по приборам для измерения деформаций снимают сразу после каждой ступени разгрузки и через 15 мин наблюдений.

После полной разгрузки (до нуля) наблюдения за упругим перемещением сваи следует проводить в течение 30 мин при песчаных грунтах, залегающих под нижним концом сваи, и 60 мин — при глинистых грунтах, со снятием отсчетов через каждые 15 мин.

Число испытуемых свай при строительстве должно составлять:

при испытании свай статической вдавливающей нагрузкой — до 0,5 % общего числа свай на данном объекте, но не менее 2 шт., за исключением специально обоснованных случаев.

В случае необходимости по указанию проектной организации испытываемые пробные натурные сваи должны оснащаться тензометрическими датчиками.

Однимиз наиболее достоверных методов оценкисжимаемости грунтов, соответствующихтребованиям СНиП по расчету основанийсооружений по деформациям, являютсяиспытания грунта в полевых условиях спомощью штампа. Количественнойхарактеристикой сжимаемости грунтаявляется модуль деформации E0,МПа.

2. Обработка данных испытаний штампов

Первымэтапом обработки результатов являетсяпостроение графика зависимости осадокот нагрузок S = f (Р).

Наэтом графике можно выделить 3 участка,каждый из которых соответствуетопределенной фазе напряженного состояниягрунта под штампом.

1. Фазауплотнения – на этом участке зависимостьS = f (Р) близка к линейной, грунт подштампом лишь уплотняется и приобретаетбольшую сопротивляемость внешним силам.

2. Фазасдвигов – зависимость становится явнокриволинейной; происходят некоторыелокальные сдвиги у краев фундамента;несущая способность грунта еще неисчерпана.

3. Фазавыпирания – происходит резкий приростосадки штампа при незначительномприросте величины нагрузки с выпоромгрунта из основания в стороны и вверх.

Вторымэтапом обработки опытных данных являетсявычисление модуля общей деформации Е0поформуле Шлейхера, которая имеет вид:

Ео= (1 – v2)∙w ∙ d ∙(Δp/ΔS)

где:v – коэффициент Пуассона (коэффициентбокового расширения грунта), принимаетсяравным для крупнообломочных грунтов -0,27;для песков и супесей – 0,3; дня суглинков- 0,35; для глин – 0,42;

w- безразмерный коэффициент, зависящийот материала штампа и его формы,принимается равным 0,79 – для круглыхштампов;

d- диаметр штампа;

Δр- приращение удельной ступени нагрузкина штамп в рассматриваемом интерваледавлений;

ΔS- приращение осадки штампа, соответствующеевеличине Δр.

3. Определение модуля деформации грунта в лаборатории на приборе оиси-4

Влабораторных условиях фактическуюработу грунта можно смоделировать спомощью прибора ОИСИ-4, разработанногона кафедре оснований и фундаментов .Спомощью прибора в лабораторных условияхможно определить линейные и объемныепараметры зоны деформации, образующейсяи грунте под штампом. На основанииполученных параметров определяютсредний модуль линейной и объемнойдеформаций.

Средниймодуль объемной деформации определяетсяпо формуле:

Егр.ср.= 0,5 рэ/ɛ

где:ɛ – относительная деформация грунта; вслучае определения при испытании размераглубины зоны деформации вычисляетсялинейное ее значение из выражения ɛ л ,а в случае определения объема зоныдеформации – объемное ее значение ɛ о= Vs/Va

Рэ- эффективное давление, действующее поглубине зоны деформации; определяетсяиз выражения:

Рэ= Р- Рстр;

S- осадка круглого штампа;

Р- среднее давление в подошве круглогоштампа;

Рстр- структурная прочность грунта;

Н,Va – соответственно, глубина и объем зоныдеформации.

Центральный штамп; 2.Кольцевой штамп; 3.Образец грунта; 4.Фиксаторы; 5.Кольцо-грунтонос; 6.Ванна для воды; 7.Граница зоны деформации

Испытания свай статическими нагрузками Методика полевых испытаний

Оборудование:установка с упором из системы балок иферм, закрепленных на анкерные сван(или установка с упором из грузовойплатформы, либо с тарированным грузом,либо комбинированная); домкраты илитарированный груз; реперная система сизмерительными приборами, рис.

1- испытываемая свая; 2 – система балок; 3- анкерные сваи; 4 – прогибомеры; 5 -домкраты; 6 – реперная система.

Последовательностьи порядок проведения испытаний:

1. Загружаемсваю равномерно, без ударов, ступеняминагрузки не более 1/10 заданной максимальнойнагрузки на сваю.

2. Снимаемотсчет при каждой ступени загружениясваи: первый сразу после приложениянагрузки, затем 4 отсчета с интерваломчерез 15 мин., 2 отсчета через 30 мин., идалее через 1 час до затухания перемещений.

3. Заусловную стабилизацию принимаем скоростьосадки: – не более 0,1 мм за последний часнаблюдений .

4. Доводимнагрузку до величины, вызывающей осадкусваи не менее чем 40 мм. Если под нижнимконцом залегают крупнообломочныегрунты, плотные пески или глинистыегрунты твердой консистенции, то нагрузкудоводим до полной величины, предусмотреннойпрограммой испытаний, но не менееполуторной величины несущей способностисвай.

5.

Производимразгрузку ступенями, равными удвоеннымвеличинам ступеней загружения. Наблюдениеза осадкой ведется при каждой ступениразгрузки 15 мин., а после полной разгрузкив течении 0,5 ч. – при песчаных грушах и 1ч – при глинистых, залегающих под нижнимконцом сваи, при этом отсчеты снимаютсякаждые 15 мин.

6. Порезультатам испытаний строим графикзависимости осадки от нагрузки S= f (Р) ,и изменение осадки во времени по ступеням нагружения S=f(t, Р).

Приопределении частных значений предельныхсопротивлений Fu,учитываем следующие рекомендации:

– еслинагрузка при статическом испытаниидоведена до нагрузки, вызывающейнепрерывное возрастание осадки Sбез увеличения нагрузки (SЈ 20 мм), то эта нагрузка принимается зачастное значение предельного сопротивленияFu, и испытываемой сваи;

– вовсех остальных случаях за частноезначение нормативного предельногосопротивления сваи принимаем нагрузку,под воздействием которой испытываемаясвая получит осадку S=ξ ∙ Su,mtпо графику S= f(Р), где Su,mt- предельно допускаемая величина среднейосадки ф-та проектируемого здания,установленная в задании на проектированиеили принимаемая по СНиП 2.02.01-83.

– ξ- коэффициент перехода от Su,mtк осадке сваи, полученной при условнойстабилизации осадки, равной 0,1 мм в час.

Испытание грунтов статическими нагрузками. Штамповые испытания. ЗАО “ИНЖЭКО ЦЕНТР””Прибор для испытания грунтов статическими нагрузкамиШтамповые испытания. ЗАО “ИНЖЭКО ЦЕНТР”Испытания штампом. ЗАО “ИНЖЭКО ЦЕНТР”Испытания штампом. ЗАО “ИНЖЭКО ЦЕНТР”Зависимость осадки под штампом во времениЗависимость осадки под штампом от величины давления

Во время строительства здания и после ввода его в эксплуатацию песчанистые и глинистые грунты под его основанием уплотняются под действующей на них статической нагрузки от постройки.

Такие уплотнения грунтамогут быть значительными и должны учитываться на стадии проектирования объекта. Количественной характеристикой сжимаемости грунтов считают модуль общей деформацииE0(МПа), или модуль деформации. Наиболее точный способ определения несущей способности грунтов в полевых условиях – испытания штампами.

Деформация грунтов состоит из упругой деформации, которая восстанавливается после снятия нагрузки, и остаточной. Результатами испытаний также являются получение таких характеристик как относительная просадочность δпри начальное просадочное давление Pпр, и, конечно же, модуля деформации.

В преимуществе над данными модуля деформации, полученными в лаборатории, при проектировании предпочитают использовать данные, полученные при штамповых испытаниях. Для просадочных грунтов при испытании статическими нагрузками определяют относительную просадочность, а для лёссов – начальное просадочное давление, для набухающих грунтов – набухание под нагрузками и давление набухания.

Сущность метода испытания штампомзаключается в натурном моделировании процесса уплотнения достаточно большого объёма грунта (по сравнению с лабораторной пробой) под нагрузкой, сопоставимой с нагрузкой проектируемого здания. Испытанию подвергаются, как правило, крупнообломочные, песчаные и глинистые породы.

Перед началом проведения таких испытаний осуществляется бурение скважин для уточнения инженерно-геологического разреза с отбором проб грунтов и определением их физико-механических характеристик в лабораторных условиях. В тоже время выявляются все водоносные горизонты.

Места испытаний и их глубины устанавливают с учётом предлагаемой ширины фундаментов и глубины их заложения. Испытаниям подвергают все несущие слои грунтов. Полученные данные влияют на выбор типа штампа, на место проведения испытания, а также на количестве опытов.

Если в активной зоне распространения нагрузки находится только один мощный однородный слой, то испытания выполняют на отметке заложения основных фундаментов. Если же в разрезе представлены неоднородные грунты с различными свойствами, то необходимо испытать все слои. Число опытов на участке для каждого характерного инженерно-геологического элемента должно быть не меньше двух.

Существуют разные конструкции установок, позволяющие выполнять штамповые испытания. Схема распространённой установки испытания грунтов статическими нагрузками представлена на рисунке, где 1- штамп, 2- гидравлический домкрат, 3- индикаторная установка, 4- продольная упорная балка, 5- винтовые анкерные сваи.

Штампывыполняются в шурфах с минимальным сечением 1.5×1.5 м, в буровых скважинных диаметром 325 мм, в дудках диаметром 0.9 м, в шахтах, штольнях, в котлованах. При испытаниях на глубинах до 6 м и низком уровне грунтовых вод предпочтение отдаётся шурфам; при проведении опыта на глубине от 6 до 20 м. Если уровень грунтовых вод находится выше точки испытаний штампом, то опыт выполняют в скважине.

Предварительно подготавливают площадку установки штампа. Штампнеобходимо установить строго горизонтально.

Для текучепластичных и текучих глинистых пород штамп устанавливают в выемку сорок-шестьдесят сантиметров. Размер выемки в поперечнике не должен превышать диаметр штампа большее чем на десять сантиметров. Стенки выемки нужно укреплять.

В случае затруднений с планировкой грунта под штампом устраивают подушку из мелкого или средней крупности маловлажного песка толщиной 1-2 см для глинистых и 5 см – для крупнообломочных пород. Песчаную подушку толщиной 2-3 см укладывают и при испытании просадочных пород с замачивание; такая подушка обеспечивает дренирование воды в породу. Породу в месте испытаний необходимо оградить от поверхностных вод, а зимой защитить от промерзания.

Сложно устанавливать штамп в водонасыщенных песках, где в результате подсоса песка порода на забое скважины разуплотняется, а в скважине создаётся песчаная пробка. В таких случаях бурение в основании скважины ведется малым диаметром. Когда штамп установлен монтируют устройство для его нагрузки, закрепляют анкера и подключают измерительную систему.

Испытание проводится плавным приложением нагрузки к штампу. Нагрузка на грунт производится ступенями давлений от 0.025 до 0.5÷0,1 МПа в зависимости от показателя консистенции для глинистых грунтов и плотности для песчаных грунтов.

Необходимо выполнить не менее 4-х ступеней давления, соответствующих природномуPSна отметке испытания. В ходе испытания для каждой ступени нагрузки должен строиться график осадки во времени. Отсчёты после приложения нагрузки каждой очередной ступени берутся при испытании песчаных грунтов через каждые 10 минут в течение первого получаса и через каждые 15 минут в течение второго получаса и далее каждые 30 минут до условной стабилизации осадки; и при испытании глинистых грунтов – через каждые 15 минут в течение 1-го часа и 30 минут – в течение второго часа, и далее через 1 час до условной стабилизации осадки.

За условную стабилизацию осадкипринимают приращение осадки штампа, не превышающее 0.1 мм за время от 0.5 до 3 ч в зависимости от плотности песчаных грунтов и показателя консистенции для глинистых грунтов. Время выдержки каждой предыдущей ступени давления не должно быть меньше времени выдержки предыдущей ступени.

По мере увеличения давления на грунт увеличивается его осадка. Вначале осадка развивается пропорционально прилагаемой нагрузке, но в какой-то момент она может резко увеличиться при незначительном возрастании нагрузки. Давление, при котором происходит подобное явление, называют предельным (критическим, предельное давление, критическое давление), признаками которого являются:

выпирание грунтов из-под штампа и образование вокруг него трещин (в случае испытание в шурфе);резкое увеличение осадки при незначительном увеличении нагрузки;длительная (в течение 24 ч), не затухающая осадка.

На графике «нагрузка-осадка» этот момент отмечается перегибом кривой. При достижении критического давления Pкриспытание прекращается.

После окончания опыта производят разгрузку штампа, которая ведётся ступенями вдвое большими, нежели нагрузка.

После каждой ступени разгрузки один час ведут наблюдения за деформациями грунтов. Отсчёты берут через 30 минут. После снятия всей нагрузки эти наблюдения продолжают в течение 3-х часов.

После окончания опыта из-под штампа берётся проба грунта на влажность и плотности: выработка углубляется на глубину больше 2-х м штампа для проверки однородности грунта.

В ходе проведения опыта ведётся следующая документация:

вычерчивается геологический разрез скважины с уловным местоположением штампа;ведётся журнал проведения опыта;составляются графики зависимости осадки от времени и осадки от нагрузки;составляется схема проведения опыта или прикладывается фотоснимок смонтированной установки с обозначением отдельных узлов.

Дальше переходят к обработке результатов измерений. Модуль деформацииопределяется тангенсом угла наклона линии S=F(P).

Если ступени нагрузок назначены правильно и испытание проведено правильно, то огибающая, проведённая по точкам графика S=S(P), на его начальном этапе имеет вид прямой, близкой к прямой линии. Это начало прямолинейного участка принимают значение удельной нагрузки P0, равное природному давлению PS, в данной точке и соответствующее ему значение осадки S0.

За конечные значения Pnи Snпринимаются значения Piи Si, соответствующие концу прямолинейного участка графика. Если при давлении Piприращение осадки будет в два раза больше, чем для предыдущей ступени Pi, а при последующей ступени Pi+1приращение будет равно или больше приращение осадки при Pi, за конечные значения Pnи Snследует принимать Pi-1и Si-1. При этом количество включаемых в осреднение точек не должно быть меньше 3-х.

Для прямолинейного участка проводят усредняющую прямую методом наименьших квадратов или графически. Количество опытных точек для построения усредняющей прямой не должно быть меньше 4-х.

Построенная таким образом усредняющая прямая используется для вычисления численного значения модуля деформацииE0.

E0=(1-m 2)∙w∙d∙P/S,

где P=Pn-P0– приращение удельной ступени нагрузки на штамп между Pnи P0=Ps, МПа;

S– приращение осадки штампа, соответствующее P, см;

m- коэффициент Пуассона (для песка равен 0.30, для супеси – 0.32, для – суглинка – 0.35, для глины – 0.42);

w- безразмерный коэффициент, равный 0.8;

d– диаметр штампа, см.

Для вычисления относительной просадочностии начального просадочного давлениянеобходимо провести штамповые испытания грунтовв обводнённом состоянии.

Относительную просадочностьследует вычислять по формуле:

dпр= Sпр / hдф

где, S_пр– просадка породы в основании штампа (см), определяется как приращение осадки штампа в результате замачивания грунта при заданном давлении P_З;

hдф– деформируемая зона (см) по вертикале при испытаниях с замачиванием, равная 0.4; 0.7; 1.2; 1.7 и 2.0 диаметра штампа соответственно при давлениях P, равных 50, 100, 200, 300 и 400 кПа. Значение относительной просадочности необходимо определять с точностью тысячных долей.

За начальное просадочное давлениеPпрпринимают давление, соответствующее точке перегиба графика S=f(P)для породы, испытываемой в водонасыщенном состоянии. При нечётко выраженном перегибе графика за величину Pпрпринимают давление, при котором просадка в основании штампа Sпрравна 0.005 ∙hдф. Значение начального просадочного давления Pпрследует определять с точностью до 0,1∙105Па.

Одно испытание штампомможет проводиться в течение целого дня и более, а по техническим причинам может потребоваться его повторение.

Из-за уникальности объекта строительства, его технических особенностей, из-за неоднородности инженерно-геологического разреза количество испытаний штампами может значительно возрасти. Это очень сложный и ответственный метод определения модуля деформации E0, с  большой трудоёмкостью подготовительных работ, громоздкостью оборудования и дороговизной опытов. Но главное, что именно этот метод позволяет получить наиболее достоверные значения модуля деформацииE0.

Источники:

• geostamp.ru
• studfiles.net
• www.engeco.ru