НИКОЛАЙ  ВАСИЛЬЕВИЧ ЧЕРНОШЕЙ, директор  ОАО «Буровая компания «Дельта»;
МИХАИЛ ИВАНОВИЧ НИКИТЕНКО, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Геотехника и экология в строительстве» БНТУ

Наиболее достоверные данные о несущей способности свай дают их статические испытания в конкретных инженерно-геологических условиях, которые и предусматриваются действующими нормами [1–6] с целью принятия обоснованных и экономичных решений нулевого цикла. Получаемые при испытаниях результаты позволяют в случае необходимости корректировать принятые исходные расчетные предпосылки при разработке проектов.
Традиционные решения свайных фундаментов базировались на использовании забивных свай, на которые из-за ограниченных поперечных сечений предусматривалась передача проектных нагрузок, не превышающих прочности по материалу. Однако за последнее время наметилась тенденция к увеличению этажности зданий и нагрузок на фундаменты, что обусловило процесс интенсивного вытеснения забивных свай набивными с увеличением их диаметров и длин, а соответственно прочности по материалу и несущей способности по грунту. В этой связи все актуальнее становится вопрос совершенствования методов испытания свай увеличенной несущей способности с использованием новых конструктивных схем, чему и посвящена настоящая статья.

Традиционные схемы испытания свай

Испытательные нагрузки на забивные сваи наиболее употребляемых поперечных сечений 30х30 см не превышают 1000 кН. Обычно их создают при помощи домкратов, располагаемых под анкеруемыми упорными конструкциям (илл.1а–в). При балочной схеме испытаний для закрепления таких конструкций чаще всего используют смежные выдергиваемые сваи, винтовые или буроинъекционные анкеры, которые должны располагаться на удалении от испытуемой сваи для исключения взаимного влияния. Сваи забивные при выдергивании удерживаются лишь силами трения вдоль стволов, поэтому требуется их большое количество. Предпочтительнее в этом отношении винтовые и буроинъекционные анкеры или набивные сваи, особенно при наличии у них уширений под нижними концами.
При больших пролетах упорные балки должны иметь увеличенные поперечные сечения. В итоге все это усложняет и удорожает испытательную систему. Использование наклонных винтовых или буроинъекционных анкеров упрощает конструкцию упора, но также усложняет проведение испытаний и увеличивает сроки, необходимые на их проведение.
Во многих случаях прибегают к применению грузовых платформ, но такая система испытаний связана с использованием большого количества грузов в виде бетонных блоков или плит.
При этом обычно не учитывается неизбежно возникающее влияние пригрузки грунта на поверхности вокруг сваи, которое способствует обжатию ствола и увеличению сопротивления грунта сдвигу, а соответственно завышает в целом получаемые результаты.
При испытании свай повышенной несущей способности традиционные схемы создают серьезные проблемы с передачей на сваи требуемых вдавливающих усилий.
Имеющиеся недочеты при испытаниях свай даже малой несущей способности были отмечены в нашей публикации [7], где обращалось внимание на необходимость строгого соблюдения требования стандарта [6] в части доведения испытательных нагрузок до получения осадок свай не менее 40 мм. Данное требование до последнего времени в большинстве случаев не соблюдалось, поэтому испытания свай не давали объективной информации о фактической несущей способности их оснований, что способствовало перерасходу материальных и трудовых ресурсов, хотя не всегда обеспечивалась требуемая степень эксплуатационной надежности свайных фундаментов. Положение усугубляется малым количеством испытаний свай согласно предписаниям норм в отличие от буроинъекционных анкеров, которые испытывают все на каждом из объектов.

Предлагаемые схемы статических испытаний свай

Повышение этажности зданий и нагрузок на фундаменты диктует необходимость применения в неблагоприятных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях новых конструктивно-технологических решений свай. Это, в свою очередь, требует совершенствования методов и схем испытаний свай повышенной несущей способности. Решению первой задачи благоприятствует появление на отечественном строительном рынке новых зарубежных и собственных разработок и оборудования для выполнения свай. Упростить испытания свай повышенной несущей способности позволит предложенная нами и отраженная в [3] схема (илл. 1г). Она благодаря использованию двух коаксиально размещенных в теле сваи труб позволяет раздельно передавать внутренней трубой вдавливающее усилие на грунт через пяту, а сдвигающее вдоль ствола – посредством замоноличенной или завинченной наружной. В этом случае требуется меньшая мощность домкрата без использования мощной упорной системы или грузовой платформы. При недостаточном сопротивлении сдвигу вдоль ствола нужна лишь частичная дополнительная его пригрузка. В случае применения свайно-плитных фундаментов для высотных зданий предлагается испытывать сваи с упором домкрата в фундаментную плиту, удерживаемую заделанными в ней смежными сваями. Для оценки доли сопротивления грунта сдвигу, в том числе негативного вдоль ствола, можно испытывать сваи на выдергивание после ее вдавливания. Оценить долю сопротивления грунта сжатию под фундаментной плитой или несущим ростверком можно посредством испытания их фрагментов, приходящихся на отдельные сваи и изготавливаемых автономно до выполнения соответственно плиты или ростверка. При этом фрагменты могут сопрягаться с плитой или ростверком уже после проведения испытания.

Илл. 1. Схемы испытаний свай на вдавливание: а - упорная балочная система; б,в,г - упорные схемы безбалочные (1- тампонажная обойма в верхней части ствола; 2 - пята; 3 - упругая легкосжимаемая прокладка для разделения пяты и ствола сваи; 4 - внутренняя труба для передачи вдавливающего усилия на пяту; 5,6 - упорные пластины; 7 - наружная труба с заливкой между ней и стенками скважины для передачи сдвигающего усилия на ствол сваи при его выдавливании вверх; 8 - тяга упора; 9 - гидравлический домкрат)

Илл. 2. Оборудование для устройства свай CFA (а – буровой станок со сплошным полым шнеком; б – комплект оборудования при устройстве свай; в – подъем шнека с бетоном на лопостях и погружение арматурного каркаса в скважину с помощью вибратора)

Чтобы сократить сроки проведения контрольных испытаний свай, обусловленные процессом набора прочности бетоном, до их массового изготовления на объекте нами предлагается испытывать стальные трубы, из которых наружная обсадная выполняет рольствола, а внутренняя с заглушенным нижним торцом – пяты сваи. При этом наружная труба для повышения удерживающей способности может оснащаться внешними винтообразными лопастями. Сотрудниками кафедры геотехники и экологии в строительстве БНТУ совместно со специалистами УП «Геосервис», управлением инженерных работ ОАО «Стройкомплекс» и ОДО «Фундаменты» накоплен опыт таких испытаний и частично отражен в [8]. Помимо описанных схем испытаний свай с раздельной фиксацией долей сопротивлений сжатию под пятами и сдвигу вдоль стволов такие соотношения целесообразно выявлять также при использовании тензорезисторов, наклеиваемых на арматуру по длине сваи. Такой подход, к сожалению, редко практикуется из-за экономических доводов, но в ущерб информативности и достоверности получаемых результатов, особенно при наличии негативного трения вдоль стволов свай. В настоящее время ОАО «Буровая компания «Дельта» освоила и успешно применяет технологию СFА выполнения буронабивных свай большой несущей способности при помощи итальянского оборудования (илл. 2).

Притом проходка скважин осуществляется в любых грунтах, включая неустойчивые водонасыщенные, посредством полого непрерывного шнека, через который по мере его последующего подъема в созданную скважину закачивается под избыточным давлением бетон, а в него сразу же погружается арматурный каркас на требуемую глубину по длине ствола сваи. Достоинство данной технологии заключается в большой скорости устройства свай, причем опрессовка грунта под давлением вдоль ствола и под нижним концом сваи способствует исключению шламообразования и достижению повышенных значений несущей способности основания. Для испытания свай повышенной несущей способности на вдавливание усилием до 5000 кН ОАО «Буровая компания «Дельта» изготовила специальный стенд (илл. 3), включающий перекрестную балочную систему для упора загрузочных гидродомкратов и ее удерживающие винтовые анкеры.

По данной технологии с применением указанного оборудования выполнены и испытаны опытные сваи на площадке для возведения в Минске здания штаб-квартиры Национального олимпийского комитета Республики Беларусь. В связи с изменчивостью характера напластований и свойств грунтов опытные сваи имели переменные длины (7,5; 8,5 и 9,5 м) и диаметры стволов (0,7 и 0,9 м). В грунтовых условиях площадки вдавливающие нагрузки на сваи доводились до 1800–3000 кН, при этом значения несущих способностей отличались и составили согласно требованиям СНБ 5.01.01–99 при осадках 24 мм 1606–2844 кН. Получены графики зависимостей осадок свай от вдавливающих усилий и при обработке в относительных величинах и представлении в единой системе координат. В первом случае получен большой разброс графиков, а во втором – все зависимости сгруппированы тесно, причем опытные соотношения нагрузок и соответствующих им осадок приняты для предельных осадок в 24 мм и при максимально достигнутых осадках (28,32–52,14 мм). Такое свойство графиков в

Илл. 3. Загрузочный стенд для испытания свай при вдавливающих нагрузках до 5000 кН

относительных величинах позволяет с достаточной степенью достоверности прогнозировать несущие способности оснований свай посредством нелинейной экстраполяции в случае достижения при испытании свай ограниченных значений нагрузок и соответствующих им осадок менее предельно допустимых согласно требованиям ГОСТ 56-86–94 и СНБ 5.01.01–99. В заключение стоит отметить, что предложенные схемы позволяют испытывать сваи повышенной несущей способности оснований, в том числе с включением в работу несущих ростверков или фундаментных плит. Помимо балочной системы могут использоваться безбалочные, которые позволяют раздельно устанавливать доли сопротивлений грунта сдвигу вдоль стволов и сжатию под пятами свай и ростверками или плитами.

Источник: Журнал МАСТЕРСКАЯ. Современное строительство №11 ноябрь 2009