Методические рекомендации по проведению полевых испытаний свай в сооружениях ПГС методом ЭЛДИ с применением ударной нагрузки

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ПРЕДИСЛОВИЕ.................................................... 3

1.    ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ............................................. 5

2.    ПРИНЦИПЫ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ЭЛДИ......... 6

3.    НАГРУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ............ 7

4.    ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И РЕГИСТРИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА 9

5.    ПОДГОТОВКА СВАЙ К ИСПЫТАНИЯМ............................. 10

6.    ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ СВАЙ УДАРНОЙ НАГРУЗКОЙ......... 11

7.    ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ ....    11

8.    ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РАБОТ........... 13

9.    ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И ПРИЕМКА РАБОТ................... 15

10.    ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................... 17

Заключение. Анализ экспериментально-теоретических основ и

1.    практических результатов испытаний свай по методу ЭЛДИ.— М.,

НИИОСП, 2000................................................ 18

Разработка методических рекомендаций по испытаниям свай удар-

2.    ной нагрузкой по методу ЭЛДИ с учетом специфики ПГС. Технический отчет по договору № 1-21-01. М., НИИОСП, 2001 ............. 22

11

где Qnq - вес молота и сваи длиной L при модуле упругости бетона Еб и площади поперечного сечения А; Н_м - высота падения (сброса) молота; 8 - толщина демпфирующей прокладки с модулем упругости Е„;

5.3.2.    Разместить на боковой поверхности испытываемой сваи на расстоянии не ближе 20 см от нижнего обреза обечайки и не менее 2d от верха оголовка сваи 2-х диаметрально расположенных измерительных блоков, состоящих из приборов 1 и 2 по п. 4.2. Предварительно на боковой поверхности сваи должны быть устроены (зачищены) соответствующие опорные площадки. Измерительные блоки крепятся на теле сваи с помощью забуриваемых болтов, коммутируются и присоединяются к регистрирующей аппаратуре;

5.3.3.    Произвести монтаж нагружающего устройства по и. 3.3, включая установку на голову (оголовник) сваи наковальни и молота на направляющей штанге с введением между молотом и наковальней демпфирующей прокладки из упругого материала. Наковальня крепится к оголовку сваи анкерными болтами;

5.3.4.    Оборудовать на строительной площадке места для размещения нивелира, установить в зоне проведения испытаний термограф-автомат КСП-4 или ртутные термометры; Нивелир должен находиться в зоне свободного доступа, обеспечивать ясную видимость испытываемой сваи;

5.3.5.    Произвести пробное включение измерительной системы с проверкой ее работоспособности по всей цепи получения (съема) и обработки испытательной информации, осуществить первое (начальное) нивелирования положения сваи.

6. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ СВАЙ УДАРНОЙ НАГРУЗКОЙ

6.1.    Испытания свай в методе ЭЛДИ последовательно включают в себя подачу ударной испытательной нагрузки по и. 3.3 на голову сваи, снятие и обработку испытательной информации, представление результатов испытаний.

6.2.    Подача ударной испытательной нагрузки на голову сваи по п. 6.1 производится следующими друг за другом отдельными циклами:

6.2.1.    Подъем молота на заранее определенную расчетом высоту;

6.2.2.    Сброс молота по направляющей штанге, передача энергии удара молота на

сваю;

6.2.3.    Регистрация величины осадки сваи по нивелиру и сигналов, полученных от измерительных блоков по п. 4.2;

6.2.4.    Компьютерная обработка полученной информации, принятие оперативного решения о высоте подъема молота в очередном цикле.

6.3.    В ходе проведения испытания сваи высота подъема молота должна увеличиваться от цикла к циклу. Критерием завершения циклов подачи нагрузки и испытания в целом является получение качественных, четких сигналов от измерительных блоков по п. 4.2 при просадке сваи на 2-3 мм.

6.4.    В процессе испытаний свай методом ЭЛДИ с применением ударной нагрузки следует вести «Журнал полевого испытания свай по методу ЭЛДИ» по аналогии с соответствующим «Журналом динамического испытания свай» по ГОСТ 5686.

Результаты испытаний оформляются в виде таблиц параметров свай по п. 2.1, диаграмм и графиков зависимостей осадок и скоростей перемещения свай во времени t от величин ударных нагрузок и энергии удара S =f(P), в том числе по боковым поверхностям свай и на разных глубинах заложения hi (Рис. 3).

7. ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

7.1. Результаты испытаний свай по п. 6.4 являются стандартными распечатками системы PDA, получаемыми в ходе обработки сигналов измерительной системы с помощью инверсионной многостадийной программы PDA-W и CAPWAPE при учете корреляций и моделирования по п. 2.5 на базе решения исходного дифференциального уравнения п. 2.6.

Рис. 3. Графики зависимостей скорости перемещения сваи от величины энергии удара а) и осадки сваи б) по результатам испытаний: 1 - осадка, мм; 2-время, 10~3 с; 3 - нагрузка, тс; 4 - упругая осадка

13

7.2. Несущие способности свай по грунту, входящие в комплекс параметров по п. 2.1, вычисляются программой CAPWAPE путем обработки графиков «осадка - нагрузка» S =f(P) с использованием методов «шести мм» «касательных» и по методу предельной пластической деформации (Рис. 4):

7.2.1.    По методу «шести мм» несущая способность сваи определяется абсциссой точки пересечения горизонтальной прямой, находящейся на уровне 6 мм от начала графика «осадка- нагрузка», с этим графиком;

7.2.2.    По методу «касательных» несущая способность сваи определяется абсциссой точки пересечения касательных, проведенных к началу и наибольшему наполнению графика «осадка - нагрузка»;

7.2.3.    По методу предельной пластической деформации несущая способность сваи определяется абсциссой точки пересечения прямой, параллельной линии упругой осадки сваи и расположенной в 10 мм от начала графика «осадка- нагрузка», с этим графиком.

7.3.    За истинную (реальную) несущую способность сваи по грунту в методе ЭЛДИ принимается наибольшее значение, рассчитанное по программе CAPWAPE в соответствии с п. 7.2.

7.4.    Результаты испытаний свай по методу ЭЛДИ должны быть представлены в виде Технических отчетов и Заключений, а также по формам ГОСТ 5686 в соответствии с требованиями Заказчика, Генерального подрядчика и Проектной организации объекта.

7.5.    К техническим материалам испытания свай по методу ЭЛДИ в обязательном порядке должны быть приложены Акты и Заключения контролирующей (проектной) организации о результатах контроля каждой испытанной сваи на сплошность и неоднородность материала (бетона).

8. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РАБОТ

8.1.    Производство работ по настоящим Методическим рекомендациям следует вести с соблюдением требований следующих нормативных документов:

8.1.1.    СНиП 12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве. Общие требования»;

8.1.2.    СНиП Ш-4-93 «Техника безопасности в строительстве»;

8.1.3.    Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов машин. МПС РФ, Приказ № РБ ЦРБ-278 от 14.01.1994;

8.1.4.    Правила производства земляных и строительных работ, прокладки и переустройства инженерных сетей и коммуникаций в г. Москве. Правительство Москвы. Постановление № 603 от 08.08.2000 г.

8.2.    К работам, определенными настоящими Методическими рекомендациями, допускаются лица, сдавшие техминимум по производству работ и технике безопасности. До начала работ со всеми рабочими и ИТР, привлекаемыми к испытаниям свай, должен быть проведен конкретный инструктаж по порядку выполнения и безопасному ведению работ с записью под расписку в Журнале регистрации инструктажа на рабочем месте.

8.3.    К началу производства работ по испытаниям свай все механизмы, оборудование, стропы и инвентарь должны быть освидетельствованы производителем работ и приняты им по Акту. В процессе производства работ за их состоянием и исправностью следует вести постоянный контроль. Использование кранов, не имеющих ограничителей грузоподъемности, запрещается.

Стальные канаты, такелажные и грузозахватные приспособления (стропы, траверсы и т.п.) должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.3.010.

8.4.    Подключение электрических инструментов и оборудования должно выполняться только аттестованным электриком.

8.5.    Эксплуатацию, перевозку, монтаж-демонтаж и испытания кранов и комплекса оборудования для испытания свай следует выполнять в соответствии с требованиями Инструкций по их использованию под непосредственным руководством аттестованного механика.

15

Перед началом работы с краном и другой техникой необходимо убедиться в отсутствии линий электропередачи, связи и других коммуникаций в зонах работы механизмов.

8.6.    Для выполнения работ по испытаниям свай должна быть установлена опасная зона работы оборудования и механизмов согласно нормам СНиП Ш-4-93, которая снабжается защитными ограждениями и надписями установленного образца. В процессе производства работ следует вести постоянный контроль за исправностью ограждений с записью в соответствующий Журнал производства работ. Нахождение посторонних лиц в зоне испытания свай запрещается.

8.7.    В темное время суток рабочие площадки и места установки измерительных приборов должны иметь освещение достаточной интенсивности.

8.8.    Во время производства работ всем привлекаемым к испытаниям свай рабочим и ИТР надлежит быть в защитных касках и спецодежде. Персонал, занятый на сверлении отверстий в сваях и зачистке площадок на них для установки измерительных приборов, должен пользоваться защитными очками.

8.9.    Котлованы, устраиваемые для проведения динамических испытаний свай, должны иметь устойчивые откосы, снабжаться рабочими площадками, лестницами и сходами для беспрепятственного доступа к местам установки измерительных приборов и работы с ними.

8.10.    Регистрирующая и обрабатывающая аппаратура, а также обслуживающий их персонал должны находиться в закрытых, освещаемых и отапливаемых (в случае необходимости) рабочих помещениях с температурой воздуха не ниже +17°С.

В процессе испытаний свай следует обеспечивать бесперебойное электропитание рабочих помещений и измерительных приборов. Электроэнергия, потребляемая аппаратурой и измерительными приборами, должна быть стабилизирована по току и напряжению.

8.11.    Во время подачи ударной испытательной нагрузки (сброса молота на голову сваи) персонал должен находиться на расстоянии не менее 5 м от испытываемой сваи и вне зоны расположения и перемещения стрелы обслуживающего крана.

8.12.    После каждого приложения ударной нагрузки испытываемая свая подлежит осмотру на предмет обнаружения трещин, сколов и других повреждений в ней. Одновременно должна производиться замена демпфирующей прокладки по п.п. 3.3 и 5.3.3.

В случае обнаружения повреждений сваи Руководитель испытаний принимает решение о прекращении или продолжении работ.

8.13.    До начала производства испытаний свай по настоящим Методическим рекомендациям Производитель/Руководитель работ обязан получить соответствующий допуск- разрешение на их проведение, убедиться в том, что проводимые работы будут безопасны для окружающих зданий и сооружений, а также согласовать с Проектной организацией и Заказчиком строительства объекта количество и расположение свай, подлежащих испытаниям, утвердить Программу испытаний в соответствии с п. 2.2.

8.14.    Ответственность за соблюдение и выполнение Правил техники безопасности работ и требований настоящего раздела Методических рекомендаций возлагается на Главного инженера строительного подразделения и Руководителя работ, проводящих испытания свай.

9. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И ПРИЕМКА РАБОТ

9.1.    Испытания свай по настоящим Методическим рекомендациям следует проводить по Программам, утверждаемым и согласуемым в установленном порядке с Заказчиком, Ген-подрядчиком и Проектной организацией строительства объекта.

9.2.    В процессе подготовки и проведения испытаний свай должны контролироваться:

9.2.1.    Надежность, безопасность и правильность эксплуатации нагружающих устройств, оборудования, измерительных приборов и аппаратуры, их соответствие требованиям настоящих Методических рекомендаций и условиям проведения испытаний по утвержденным Программам;

9.2.2.    Физико-механическое состояние и готовность свай к проведению испытаний и восприятию испытательных нагрузок;

16

9.2.3.    Электрообеспечение и работоспособность измерительных приборов, регистрирующей аппаратуры и компьютерной системы;

9.2.4.    Уровень и устойчивость подачи испытательной нагрузки;

9.2.5.    Адекватность съема, регистрации и обработки измерительной информации;

9.2.6.    Безопасность проведения испытаний для окружающих зданий и сооружений.

9.3.    Контроль качества и работоспособности оборудования, измерительных приборов и регистрирующей аппаратуры следует проводить в соответствии с требованиями ГОСТ 16263 «Государственная система единства измерений».

9.4.    Метрологическое обслуживание измерительных приборов и регистрирующей аппаратуры для обеспечения требуемой точности измерений должно выполняться посредством систематических и внеплановых поверок. Отметки и замечания о поверках следует заносить в паспорта или специальный Журнал.

9.5.    Ответственность за соблюдение требований настоящих Методических рекомендаций и качество производимых работ несут Главный инженер строительного подразделения и Руководитель работ, проводящие испытания свай.

9.6.    Приемку законченных работ по испытаниям свай производят ответственные Представители Заказчика, Генерального подрядчика и Проектной организации строительства объекта.

Сдача-приемка законченных работ без предъявления надлежащим образом оформленного Акта испытаний (контроля) сплошности и неоднородности материала (бетона) каждой из испытанных свай не допускается.

Заключение

Анализ экспериментально - теоретических основ и практических результатов испытаний свай по методу ЭЛДИ

Метод TNO [1], разрабатываемый с 70-х годов фирмой TNO (Голландия), примененный в России в опытном порядке на испытаниях буронабивных свай диаметром 800 и 1500 мм при строительстве фундаментов опор Тульской развязки в г. Москве в апреле 2000 г., получил название "ЭЛДИ". Необходимо отметить, что испытания, выполненные ЗАО "Элгад Интернэшнл" совместно с основным исполнителем — израильской фирмой "Изотоп", а также участниками ОАО ЦНИИС и НИИОСП, включали комплекс конструкторских и исследовательских работ и результаты испытаний изложены в «Отчете о полевых испытаниях буронабивных свай статической н динамической нагрузкой на объекте: Малая Тульская ул., д. 56, эстакады» (ISOTOP Ltd. Израиль, 2000 г.).

Исследования и испытания выполнены на зарубежной аппаратурной и программной базе, поскольку она, по сравнению с отечественной электроникой, адаптирована с методом ЭЛДИ и обеспечивает необходимый уровень исследований. Технологическое оборудование для испытаний свай проектировалось и изготавливалось «ЭЛГАД». Комплекс методик, приборов, программного обеспечения, технологического оборудования, использованный при научно-техническом сопровождении и адаптации ЭЛДИ, имеет ряд НОУ ХАУ.

За счет повышения класса точности приборов погрешности измерений были сведены к минимуму. Все измерения первичной и вторичной аппаратурой выполнялись (с помощью схемотехнических и программных методов) с учетом термокомпенсации, компенсации перекосов и др., что соответствует современным требованиям к полевым приборам и оборудованию [2, 3]. В частности, следует отметить, что при статических испытаниях сван № 7 в 17 опоре (реактивные сваи — № 2а и № За) и сваи № 34 в 16 опоре (реактивные сван — № 25 и № 24), реактивные сван были оборудованы сенсорами, которые фиксировали их перемещения с высокой точностью и это было частью испытательной системы.

Была соблюдена корректность и обеспечена достоверность результатов, полученных при статических испытаниях свай. Эти результаты были сопоставлены с экспертными расчетами несущей способности свай по данным статического зондирования, выполненного по методикам фирм АР Van den Berg, Fugro, НИИОСП и др. Эксперименты, связанные со статическими испытаниями, имеют не только научное, но н большое практическое значение, поскольку в России подобных исследований в таком объеме ранее не проводилось.

В электротехнике, акустике, радиоэлектронике и др. использование волновой теории получило широкое распространение. Теоретические основы метода TNO, заложенные (1855) Томсоном (лорд Кельвин), изучавшим электрические процессы в трансатлантическом кабеле и Кирхгофом (1857), который вывел уравнения в общем виде; было получено так называемое телеграфное уравнение. В строительстве использование волновой теории связано с сейсмикой и ударными нагрузками. Изучением удара в сыпи с разработкой эффективных средств поражения бронетехники занимался А.Ф. Иоффе перед и во время 2-й Мировой войны. Однако эти работы были закрытыми и не были завершены, вследствие изобретения кумулятивного заряда Продолжателем этого дела был В. Г. Грабин — Главный конструктор артиллерии во время войны, руководивший в 50-60-х годах в МВТУ нм. Н.Э. Баумана исследованиями по обработке металла выстрелом. Волновая теория удара нашла применение при разработке эффективных средств проходки в горной отрасли — «Прикладная теория и расчеты ударных систем» [4]. Это стало началом использования волновой теории как инструмента при исследовании материалов, в том числе горных пород, грунтов.

Уравнения теории упругости, связывающие напряжения и перемещения [1], лежат в основе изучения удара. Одна из попыток описания процесса динамического зондирования на основе волновой теории была сделана в НИИОСП [6].

Использование волновой теории для исследования различных конструкций фундаментов в НИИОСП выполнялось под руководством В. А. Ильичева [7, 8].

19

Экспериментально-теоретические основы метода оценки зависимости осадок свай от нагрузки по данным их динамических испытаний были разработаны в НИИОСП в 1966-69 гг. [9, 10].

Теоретические предпосылки метода TNO изложены в отчете [11], указан достаточно широкий спектр решаемых задач, в том числе уточнение статических н динамических параметров грунтов в геологических разрезах, оценка необходимых параметров грунтов основания для дальнейших расчетов свай любых диаметров. Что касается динамических и статических параметров, определяемых динамическим зондированием, то оно не обладает большими возможностями, особенно для статических параметров грунтов [6, 12], так как нет корректного эквивалента между статикой и динамикой.

В методе TNO используется упругая или упруго-вязкая модель грунта. Последние исследования показали, что грунты, как впрочем и бетоны обладают дискретностью. Разработана новая механическая и аналогово-дискретная модель грунта [3, 13], которая существенно изменяет представление о процессе взаимодействия сван с грунтом. Однако, эти исследования — дело будущего; возможны совместные исследования.

Нагружающее устройство, изготовленное «ЭЛТАД», просто и эффективно позволяет производить испытания с большим диапазоном изменения энергии удара.

Измерительная аппаратура, датчики, включающая акселерометр и тензометр (strain gauge), обеспечивала возможность определения энергии удара, импульса. На опытных сваях были установлены две пары комбинированных датчиков. В качестве регистрирующей аппаратуры использована система FPD3-6.

НИИОСП разработал полевой универсальный компьютерный центр, включающий следующие устройства: АЦП Data Loggers. Notebook, набор сенсоров, — который также можно использовать как для статики, так и для динамики.

Обработка результатов испытаний была выполнена по рекомендациям TNO с помощью инверсионной многостадийной программы TNO Wave-Signal Match с использованием метода итераций.

Если сравнить графики статических испытаний свай № 7 в 17 опоре и № 34 в 16 опоре с динамическими испытаниями свай №№ 15, 43, 44, 48, 49, 53, 57, то можно отметить очень высокую качественную повторность и количественную сходимость результатов. Это говорит о высокой гибкости метода. Качественно аналогичные результаты динамических испытаний свай диаметром 1500 мм н графики статических кривых еще раз подтверждают возможности метода TNO.

Приведенные в отчете на рис. 70 диаграммы трения по боковой поверхности, в частности для сван № 17 не совсем корреспондируются с колонкой геологического разреза. Тем не менее, в целом данные, полученные по статическим и динамическим испытаниям свай вполне удовлетворительны.

Приведены результаты определения несущей способности свай № 34 в 7 опоре, № 53, 54 в 17 опоре по трем методам — «6 мм», касательных я Девиссона. Хотя они не соответствуют определению несущей способности свай по результатам полевых исследований СНиП 2.02.03-85 н ГОСТ' 5686-94, это не снижает ценность результатов.

В отчете приведены оценки сплошности и длины сваи, выполненные с помощью прибора «RET». Результаты следует признать хорошими.

В итоге исполнитель делает вывод — «что оценивая испытания свай по методу Девиссона, ... полученные результаты практически совпадают. Различие в величинах сопротивления системы свая-грунт не превышает 10 %». Вместе с этим следует заметить, что специально поставленные опыты в однородном с геологической точки зрения грунте [14] дали результаты, при этом стандарт составлял около 10 % от среднего значения измеряемой величины q_c (сопротивление грунта конусу зонда) — аналога удельного сопротивления конца сваи.

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Практика возведения фундаментов различного назначения на объектах промышленногражданского строительства направлена в настоящее время на применение свай большой мощности, несущие способности которых по грунту достигают 1000 и более тонн. При уменьшении количества свай в сооружениях это снижает материалоемкость и трудовые затраты строительства, сокращает его сроки и окупаемость. Вместе с тем значительно возрастает роль полевых испытаний свай, проводимых для обоснования целесообразности, подтверждения надежности и качества принимаемых конструктивно-технологических решений фундаментов.

Производство полевых испытаний свай регламентировано сегодня в России требованиями ГОСТ 5686 и СНиП 2.02.03-85. Испытания проводятся на стадиях инженерных изысканий, проектирования и строительства объектов. Сваи нагружаются в специальных стендах статическими нагрузками до исчерпания сопротивляемости конструкций (статические испытания) или динамическими нагрузками стандартных погружающих средств ударного или вибрационного действия с расчетом несущей способности свай по наблюдаемым отказам, вводимым в формулы теории затухающих колебаний (динамические испытания).

Статические испытания, реализующие данные прямых наблюдений, дают наиболее достоверную информацию о несущей способности свай, однако, чрезвычайно трудоемки и продолжительны во времени, сопряжены с техническими трудностями приложения и реактивного восприятия испытательных нагрузок. В силу разрушающего характера испытаний сваи не всегда могут быть использованы в дальнейшем при эксплуатации сооружений, подлежат выбраковке.

Динамические испытания - более оперативны, менее трудоемки, чем статические. После проведения испытаний сваи не выбраковываются. К сожалению, получаемые результаты несущей способности свай в большинстве случаев недостаточно хорошо согласуются с результатами статических испытаний, оказываются приближенными, поскольку при обработке расчетных формул весьма трудно учесть все физические процессы, связанные с работой свай в реальном массиве грунта на базе только наблюдаемых отказов.

Существенным недостатком обоих видов испытаний является также отсутствие сведений о распределении несущих способностей по боковым поверхностям и подошвам конструкций, практическая невозможность проведения испытаний свай, обладающих несущей способностью по грунту более 300-400 тс. Таким образом, информационная обеспеченность для свай большой мощности в настоящее время фактически отсутствует, надежность и качество фундаментов с применением таких свай требуют неотложного практического разрешения.

Указанных недостатков и несогласованностей в значительной мере оказывается возможным избежать за счет использования при испытаниях свай метода ЭЛДИ с применением ударной нагрузки. Этот метод представляет собой модифицированный для отечественных условий известный метод TNO, широко употребляемый за рубежом в последние 10-12 лет.

Метод испытания свай ЭЛДИ, разработанный в содружестве ГУП НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, ОАО ЦНИИС, Компанией ISOTOP Ltd (Израиль) и фирмой «ЭЛТАД», прошел научно-техническую экспертизу и практическую апробацию на строительстве фундаментов III транспортного кольца и промышленно-гражданской инфраструктуры г. Москвы в 2000-2002 годах. Полученные результаты в высокой степени согласуются с результатами контрольных испытаний свай статической нагрузкой. Метод надежен, оперативен, достаточно экономичен. Мощность свай, подлежащих испытаниям, практически не ограничена Предоставляемая методом раздельная оценка несущей способности свай по их боковым поверхностям и подошвам обеспечивает возможность эффективного выбора наиболее целесообразных и рациональных конструктивно-технологических решений свайных фундаментов.

Настоящие «Методические рекомендации» разработаны в ГУП НИИОСП им. Н.М. Герсеванова на основе накопленного институтом лабораторного и производственного опыта испытания свай, по результатам исследований, выполненных институтом по договору № 1-21-01 от 16.05.2001 г. с ООО «ЭЛТАД Топ». «Методические рекомендации» выдаются для

21

ЛИТЕРАТУРА

1.    TNO report — TNO -DLT Dynamic Load Testing Signal Matching Users Manual. 1985-1996

2.    Кулачкин Б.И., Радкевич A.H., Александровский Ю.В., Остюков Б.С. Проблемы измерений в механике грунта и геотехнике. Транспортное строительство. № 10, 1998.

3.    Кулачкин Б.И., Радкевич АИ., Александровский Ю.В., Остюков Б.С. Фундаментальные и прикладные проблемы геотехники. М., РАЕН, 1999.

4.    Александров Е.В., Соколинский В.Б Прикладная теория и расчеты ударных систем. М., Наука. 1969.

5.    Ляв А.М. Математическая теория упругости. ОНТИ, 1935.

6.    Рубинштейн А.Я., Кулачкин Б.И. Динамическое зондирование грунтов. М., Недра,

7.    Ильичев В.Л., Аникьев Л.В. Система с полутора степенями свободы как динамическая модель неоднородного основания. ДОФ-85. IV Всесоюзная конференция. Нарва 1985.

8.    Ильичев В.Л., Сердобольский АИ. Колебания виброизолированных фундаментов молотов с учетом волнового взаимодействия с грунтом. ДОФ-85. IV Всесоюзная конференция. Нарва, 1985.

9.    Bacholdin B.V. The new method of dynamic test of piles. Proceedings of the seventh International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. V3, 1969.

10.    Бахолдин Б.В. Тензометрический метод динамических испытаний свай. Сб. ОФ № 56, Стройиздат 1966.

11.    Отчет о полевых испытаниях буронабивных свай стоической и динамической нагрузкой на объекте: Малая Тульская ул., д. 56, эстакада. Израиль, май 2000.

12.    Вознесенский Е.А. Динамическая неустойчивость грунтов. М., Эдиториал УРСС, 1999.

13.    Кулачкин Б.И., Радкевич АИ., Александровский Ю.В., Остюков Б.С. Аналоговодискретная модель грунта. Механизация строительства № 12, 1999.

14.    Кулачкин Б.И. Исследование и разработка методов определения относительной проса-дочности и коэффициента фильтрации лессовых грунтов статическим зондированием. Диссертация на соискание ученой степени к. т. н., М.. НИИОСП. 1975.

4

практического применения, дополняют и конкретизируют в части производства динамических испытаний ранее разработанный и утвержденный «Технологический регламент проведения полевых испытаний несущей способности свай методом ЭЛДИ» (М., «ЦНИИС -НИИОСП им. Н.М. Герсеванова», 2001).

Разработка осуществлена коллективом авторов: ведущими специалистами ГУП НИИОСП им. Н.М. Герсеванова - зав. лабораторией доктором техн. наук, проф. Б.В. Бахол-диным и ведущим научным сотрудником, канд. техн. наук П.И. Ястребовым, инженером А.В. Драницыным, а также специалистами Объединения «ЭЛТАД» - канд. техн. наук В.В. Новаком, инж. Л.И. Алебастровой, X. Дели, М. Шейнером.

Замечания и предложения по «Методическим рекомендациям» просим направлять по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., 6, НИИОСП, Лаборатория № 1 «Свайные фундаменты».

Директор ГУП НИИОСП им. Н.М. Герсеванова,

доктор техн. наук, профессор    В.А. Ильичев

5

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие Методические рекомендации определяют проведение полевых испытаний несущей способности свай методом ЭЛДИ с применением ударной нагрузки, включая подготовку конструкций, использование оборудования и измерительной аппаратуры, подачу испытательной нагрузки, получение и обработку информации, представление и сдачу - приемку результатов испытаний, а также технику безопасности и контроль качества работ в процессе их производства.

1.2.    Методические рекомендации предназначены для использования при выполнении полевых испытаний свай всех видов, в том числе призматических, цилиндрических, свай-оболочек, с уширенной пятой, висячих, свай-столбов и других (далее свай), независимо от их материала, способа погружения или устройства в грунте (забивных, вибропогружаемых, буронабивных и т.п.), проводимых в комплексе проектно-изыскательских работ и контрольных испытаний при проектировании и возведении объектов промышленно-гражданского строительства (ПГС), а также транспортного и гидротехнического назначения.

1.3.    Методические рекомендации разработаны в развитие действующих ГОСТ 5686 и СНиП 2.02.03-85 и «Технологического регламента проведения полевых испытаний несущей способности свай методом ЭЛДИ», распространяются на проведение испытаний свай, погруженных в любые грунты за исключением вечномерзлых, просадочных и набухающих, подверженных тектоническим изменениям или сейсмическим воздействиям, требующих специального изучения для научно-исследовательских целей.

1.4.    При производстве работ с использованием настоящих Методических рекомендаций должны выполняться требования и указания следующих нормативных и научно-технических документов:

1.4.1.    СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»;

1.4.2.    СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»;

1.4.3.    СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты»;

1.4.4.    СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы»;

1.4.5.    СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;

1.4.6.    СНиП 3.01.01-85 «Организация строительного производства»;

1.4.7.    МГСН 2.07-97 «Основания, фундаменты и подземные сооружения»;

1.4.8.    СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства»;

1.4.9.    ГОСТ 5686 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями»";

1.4.10.    Правила производства земляных и строительных работ, прокладки и переустройства инженерных сетей и коммуникаций в г. Москве. — Правительство Москвы. Постановление № 603 от 08.08.2000 г.;

1.4.11.    Технологический регламент проведения полевых испытаний несущей способности свай методом ЭЛДИ. —М., «ЦНИИС - НИИОСП им. Герсеванова», 2001;

1.4.12.    Методические рекомендации по проведению полевых испытаний свай методом ЭЛДИ. — М., «ЦНИИС», 2001.

1.5. Метод испытания свай ЭЛДИ, модифицирующий известную технологию TNO, прошел научно-техническую и практическую апробацию с положительной оценкой в НИИОСП им. Герсеванова и ОАО ЦНИИС, в том числе на строительстве свайных фундаментов промышленно-гражданской инфраструктуры и III транспортного кольца и г. Москвы. Это нашло отражение в следующих документах:

1.5.1.    Анализ экспериментально-теоретических основ и практических результатов испытаний свай по методу ЭЛДИ. Заключение. — М., «НИИОСП им. Н.М. Герсеванова», 2000;

1.5.2.    Научно-технический отчет по теме ИТА-2000-0110 "Адаптация и внедрение метода TNO испытания свай. — М., ЦНИИС, 2000;

1.5.3.    О результатах анализа теоретических основ и достоверности результатов натурных измерений метода ЭЛДИ для статических и динамических испытаний буронабивных свай. Техническое заключение. —М., «ЦНИИС», 2000;

7

стержне, находящемся в квазиупругой среде с координатами х, z, с решениями дифференциального уравнения второго порядка в частных производных (1) для перемещения и.

Ас + dm{d²u / й²)= а[с + [д²с I dt²ytx\

которое после подстановки скорости распространения волны с = (Е/р)^0,5 и необходимых преобразований получает вид (2):

d²u/dt² = 2с{д²и/дх²)    ^2)

где А и а - площадь и нормальное напряжение в поперечном сечении ствола сваи с погонной массой т и модулем Юнга упругости материала Е на длине х в дискретные промежутки времени t

Решения преобразованного из (1) дифференциального уравнения (2), использующие наблюдаемые (измеренные) параметры распространения ударной волны в координатах х и z на полной длине сваи L при силах F= - AE(du/dt), приложенных к ней, для несущих способностей сваи R_tot - интегральной (общей) и Si_M - по боковой поверхности выражаются в следующем виде:

Rtot ~Е^ (tmax) +F^ (t_max +2L/c),'    (3)

Slat =2F^f (t_max+2uc)    (4)

2.7. Параметры, определяющие сплошность материалов, длины и прочностные характеристики свай, используемые для решения уравнений по п. 2.6, вводятся в уравнения по результатам, например, акустического контроля, проводимого для каждой испытываемой сваи нормированными методами, которые должны быть согласованы с Заказчиком и Генеральным подрядчиком строительства объекта.

3. НАГРУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

3.1.    Нагружающие устройства ударного действия в методе ЭЛДИ должны обеспечивать приложение к головам свай испытательных нагрузок, тарированных в заданном силовом и временном режимах при их центральном и соосном загружении.

3.2.    При выполнении испытаний испытательная нагрузка интерпретируется серией ударов по головам свай, не приводящим к разрушению конструкций и потере их работоспособности (несущей способности).

3.3.    Для проведения испытаний применяют установки-стенды, основным рабочим элементом которых является молот, сбрасываемый на головы испытываемых свай по направляющей штанге с заданной высоты. Головы свай снабжаются стальными опорными плитами (наковальнями), принимающими удары молота. Между плитами и молотом вводится демпфирующая прокладка из упругого материала, обеспечивающая гашение высокочастотной составляющей удара при испытаниях (Рис. 2).

3.4.    Молот, предназначенный для проведения испытаний свай, должен свободно перемещаться по направляющей штанге. В конструкции молота следует предусматривать возможность изменения развиваемой энергии удара при обязательном удовлетворении следующих требований:

3.4.1.    Несоосность перемещения молота относительно продольной оси сваи не допускается более 5° по высоте и 10 мм по горизонтали;

3.4.2.    Осадка сваи от одного удара молота не должна превышать 7 мм при оптимальной величине 2 — 3 мм;

3.4.3.    Высота сбрасывания (падения) и вес молота должны иметь возможность быть регулируемыми по необходимости.

9

3.5. При удовлетворении условий п.п. 3.2 и 3.4 в качестве нагружающего устройства для выполнения испытаний в методе ЭЛДИ могут также применяться другие установки, в том числе стандартные сваебойные средства согласно ГОСТ 5686.

4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И РЕГИСТРИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА

4.1.    Измерительные приборы и регистрирующая аппаратура в методе ЭЛДИ обеспечивают получение и передачу на обработку в ПЭВМ информации (сигналов) о загружении свай, их состоянии и поведении в грунтовом массиве в процессе испытаний, включая данные о величинах подаваемых нагрузок, перемещениях конструкций и распределении напряжений в них, распространении ударной волны и т.п.

4.2.    Типовое (обычное) использование и размещение измерительных приборов в испытываемых сваях приведено на Рис. 2 и в табл. 1. По условиям производимых работ допускается замена приборов на аналогичные приборы с теми же характеристиками.

Таблица 1

Типовое использование измерительных приборов в методе ЭЛДИ

ММ п/п	Наименование измерительного прибора	Назначение измерительного прибора	Размещение измерительного прибора	Кол-во шт
1.	Акселерометр	Скорость ударной волны	Бок. поверхность сваи*	2
2.	Тензодатчик VW Strain Gauge	Нормальные напряжения в свае	То же	2x2
3.	Нивелир в комплекте с рейкой	Осадка сваи	На расст. 3-5 м от сваи	1
4.	Термограф-автомат КСП-4	Температура воздуха, °С	То же	1

Примечания.

1.    Поз. 4 допускается заменять на ртутные термометры со шкалой измерений от -50 до

+50°С;

2.    Поз. 1 и 2 монтируются в едином блоке с размещением (*) от верха сваи на расстоянии 2-3 наибольшего размера ее поперечного сечения (диаметра), но не менее 1,5 м.

4.3. Измерительные приборы по п. 4.2 должны быть предварительно тарированы. Перед использованием приборов на испытаниях следует произвести их внеочередную поверку. Классы точности - наибольшие погрешности измерительных приборов должны удовлетворять требованиям табл. 2.

Таблица 2

Классы точности и наибольшие погрешности измерительных приборов

ММ п/п	Наименование измерительного прибора по п. 4.2.	Показатель точности - погрешности измерительного прибора	Нормируемая величина
1.	Акселерометр	Диапазон линейной регистрации сигнала	1000-Г7500 Гц
2.	Тензодатчик VW Strain Gauge	Погрешность измерения относит, деформаций	0,5x10-6
3.	Нивелир (в комплекте с рейкой)	Наибольшая погрешность измерения	0,5 мм
4.	Термограф-автомат КСП-4	Наибольшая погрешность измерения	0,5 %

4.4.    Измерительные приборы, используемые для испытаний свай, должны быть защищены от непосредственного воздействия солнечных лучей (инсоляции), сильного ветра, песчаной пыли и атмосферных осадков.

4.5.    Места размещения нивелиров должны быть изолированы от случайных толчков в процессе работы, а их конструкции - исключать возможность температурных и иных деформаций, в том числе вследствие консолидации и внутреннего сдвига грунтов.

4.6.    Регистрирующая аппаратура в методе ЭДДИ системы PDA, задействованная в комплексе с измерительными приборами табл. 1, включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) сигналов и специализированный компьютер с эксклюзивным программным обеспечением PDA-W и CAPWAPE. Возможно также использование программ CASE, Impedance и WAVE DLT Signal Matching (см. Рис. 1).

4.7.    В процессе производства испытаний система PDA записывает и обрабатывает сигналы, получаемые от измерительных приборов, выдает предварительные текущие результаты испытаний, которые используются при выполнении работы, в том числе для корректировки-регулирования энергии удара - высоты подъема молота по п. 3.4.

4.8.    По окончании испытаний система PDA с помощью программы С АР W АР производит интегральную обработку полученной информации и представляет результаты испытаний в цифровом и графическом отображениях в виде следующих данных:

4.8.1.    Статическое и динамическое сопротивление сваи с элементами зависимости (графиком) «нагрузка-осадка» по ступеням нагружения и во времени;

4.8.2.    Наибольшее сжатие-растяжение сваи;

4.8.3.    Несущая способность сваи на сжатие по грунту с распределением по острию (подошве) и боковой поверхности;

4.8.4.    Передаваемая эффективная энергия и соосность удара;

4.8.5.    Скорость распространения и затухания ударной волны.

4.9.    Регистрирующая аппаратура по п. 4.6 должна устанавливаться на расстояниях не ближе 5 м от испытываемой сваи и 20 м от источников магнитного излучения.

Применяемые в методе ЭЛДИ электронные измерительные приборы и регистрирующая аппаратура могут эксплуатироваться при температурах наружного воздуха в диапазоне от минус 20 до плюс 65°С и его влажности от 45 до 95 %.

5. ПОДГОТОВКА СВАИ К ИСПЫТАНИЯМ

5.1.    Испытания свай в методе ЭЛДИ с применением ударной нагрузки выполняются при обнажении боковых поверхностей испытываемых свай на глубину от поверхности грунта (уровня приложения нагрузки) до 2,5d наибольшего размера поперечного сечения (диаметра) свай, но не менее 1,2 м.

5.2.    Бетонные и железобетонные сваи, в том числе буронабивные, предназначенные для испытаний, не должны иметь трещин с раскрытием более 0,2 мм, а также сколов в бетоне, уменьшающих их поперечные сечения более чем на 15 %.

Прочность бетона свай к моменту их испытаний должна составлять не менее 80 % его проектной прочности по результатам испытаний контрольных кубов или с применением неразрушающих методов контроля по действующим нормативным документам.

5.3.    Перед началом проведения испытаний необходимо последовательно выполнить следующие операции:

5.3.1. Обработать и усилить оголовок испытываемой сваи путем его зачистки и укладки на нем слоя материала толщиной до 80 см с прочностью на сжатие к моменту подачи на сваю ударной испытательной нагрузки не менее 40 МПа.

Материал (например, сталефибробетон) должен, как правило, обладать повышенной ударной вязкостью и сопротивляемостью на срез и растяжение.

Укладка материала усиления оголовка производится обычно внутри стальной обечайки-обоймы, надеваемой на голову сваи. Поверхность оголовка после усиления должна быть строго горизонтальной и ровной, пригодной для размещения на ней опорной плиты (наковальни) по п. 3.3.

Конструкция и материал усиления оголовка испытываемой сваи в любом случае должны быть рассчитаны на восприятие контактных напряжений удара а_к из условия:

(5)