Определение несущей способности свай

Перед началом капремонта, реставрации, перевооружения, надстройки и прочих запланированных работ на объекте может потребоваться техническое обследование фундамента. В частности, производится определение несущей способности свай. В ходе данных работ выявляется максимально допустимая величина нагрузки, которую способна выдержать свая, погруженная в грунт, при этом не подвергаясь деформациям.

Свайные фундаменты повышают надежность зданий и сооружений, снижают уровень их неравномерных деформаций. Особенно часто они применяются при неблагоприятных инженерно-геологических условиях. Поэтому очень актуальным остается вопрос расчета и оценки несущей способности свай при планировании любых ремонтных, реставрационных и прочих работ.

Любые ошибки на данном этапе приводят к:

• закладыванию «запасов» в проектах и удорожанию стоимости проведения работ;

• авариям и разрушениям;

• убыткам, связанным с простоем производства (для промышленных объектов).

Определение несущей способности сваи — проблематика 

Фактор роста нагрузок и напряжений в конструкциях определяет необходимость применения комплексных методов расчета при использовании свайных фундаментов. При этом ключевым является понимание системы «свайный фундамент – грунтовый массив».

Данные о несущей способности конструкции могут быть получены методами теоретического расчета (по материалу) и/или экспериментально-полевых испытаний на месте строительства (по грунту). 

К теоретическим способам относят:

• методику расчета несущей способности свайного фундамента по СП 24.13330;

• методику по Р. Л. Нордлунду;

• метод М. Томлинсона.

В свою очередь, это приводит к:

• существенным экономическим расходам (35-45%);

• увеличению сроков реализации проекта.

Комплексный подход к определению несущей способности фундамента с учетом максимальной несущей способности свай (по грунту и материалу) обеспечивает рациональность и экономичность конструкций.

Краткая сводка по методам исследований

Кратко рассмотрим популярные теоретические подходы к определению несущей способности свай.

Методика расчета несущей способности свайного фундамента по СП 24.13330 

В соответствии с данной методикой (которая является сугубо эмпирической), несущую способность Fd следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:

• Yc — совокупный коэфф. условий работы;

• Ycr — коэфф. сопротивления почвы под опорной подошвой сваи;

• R — сопротивление почвы под опорной подошвой сваи;

• А — диаметр опорной подошвы;

• U — периметр сечения свайного столба;

• Ycri — коэфф. условий работы грунта по боковым стенкам сваи;

• fi — сопротивление почвы по боковым стенкам;

• li — длина боковых поверхностей.

В ходе исследований выявлено, что на диаграммах, построенных по данным  СП 24.13330, присутствуют чрезмерные участки, на которых наблюдается линейная зависимость увеличения несущей способности по глубине. Это не соответствует реальности.

Также в ходе исследований выяснилось, что:

• Данная методика не учитывает ряд весомых факторов (механические свойства грунтов, напряженно-деформированное состояние массива, история образования грунтов, пр.).

• Линейная аппроксимация участков диаграмм не соответствует многочисленным экспериментальным диаграммам, на которых наблюдается снижение угла трения с глубиной.

• Методика показывает хорошие результаты при расчете свай в песчаных грунтах средней плотности. Однако не распространяется на рыхлые пески, слабые глинистые грунты, не учитывает работу специфических грунтов.

Прочие теоретические методы

Метод по Р. Л. Нордлунду является полуэмпирическим. Он широко используется в международной практике для расчета несущей способности сваи, расположенной в песчаных грунтах.

• K – коэффициент бокового давления грунта в iм слое; 

• CF – поправочный коэффициент; 

• Gv ' – эффективное напряжение в грунте в iм слое; 

•  δ – угол трения между боковой поверхностью сваи и грунтом;

• Nq ' – эмпирический коэффициент несущей способности; 

• t – коэффициент геометрической жесткости сваи.

Метод М. Томлинсона также широко используется при расчете несущей способности свай. Он учитывает параметры недренированного сопротивления сдвигу. Кроме того, допускает, что сопротивление на её боковой поверхности не зависит от напряжения от пригрузки кровлей.

• Сa,i – сцепление в iм слое; 

• As – площадь боковой поверхности сваи в пределах iго слоя грунта; 

• i – эмпирический коэффициент сцепления; 

• Cui – недренируемое сцепление.

Также существуют различные методики расчета несущей способности сваи по грунту основания.  Для свай–стоек и висячих свай она определяется по-разному.

К экспериментальным способам оценки несущей способности относят методы статического и динамического зондирования, эталонного испытания свай и пр.

Сравнительная таблица результатов

В ходе результатов сопоставительного анализа экспериментально-

аналитических определений были получены данные:

Как видно из таблицы, методика СП 24.13330.2011, применяемая для определения несущей способности сваи, не учитывает работу существенной части ее ствола. Это связано с тем, что свая находится в зоне органоминеральных специфических грунтов. Для них не нормируется боковое сопротивление. Метод расчета Р. Нордлунда, реализованный в ПО RSPile, показал результат, наиболее близкий к данным статических испытаний. 

При этом по результатам полевых статических испытаний были получены высокие значения несущей способности свай. Это может объясняться повышенным восприятием внешней нагрузки их нижними частями. Такое распределение усилий в свае и уровней сопротивления грунта недооценивается расчетными методиками.

Вывод

Факторы, которые влияют на несущую способность свай, обусловлены сложным характером взаимодействия. Они предопределяют комплексную механику работы сваи в грунте, которая не поддается математическому описанию. 

Полученные схемы имеют существенные расхождения в результатах.

Поэтому они требуют верификации на базе данных, полученных в ходе с натурных испытаний.

В ходе написания статьи использовалась информация из научной статьи. Подробнее с результатами исследований можно ознакомиться здесь.

Определение несущей способности фундамента — техническое обследование

Техническое обследование фундаментов производится для установления степени его износа и технического состояния. Также работы осуществляются с целью определения способности восприятия дополнительных нагрузок.

Проводится для:

• определения пригодности объекта к эксплуатации;

• обоснования стоимости ремонта, реконструкции, перевооружения, перепланировки предприятия;

• оценки повреждений конструкций или видимых дефектов;

• определения способности фундамента переносить дополнительные нагрузки (в случае необходимости в надстройке или дополнительной отделке);

• а также в ряде других случаев (подробнее можно ознакомиться здесь).

Обследование свайного фундамента

Обследование свайного фундамента включает в себя вскрытие ростверков и оголовков свай, а также обеспечения доступа обследовательской партии непосредственно к самим сваям. 

В полевых условиях производится определение геометрических параметров свай (с помощью приборов ультразвукового контроля, ИДС-1, пр.).  Кроме того, определяются прочностные характеристики бетона свай, а также свайных ростверков. Составляется дефектная ведомость и прочие виды работ.

Процесс включает: 

• визуальное обследование;

• сбор всех действующих нагрузок на фундамент;

• инструментальное обследование — разрушающими, неразрушающими методами, в том числе:

• определение прочности и армирования при помощи неразрушающего контроля, оценка на соответствие показателям проекту и исполнительной документации (ультразвуковой контроль, склерометрический метод, пр.);

• оценку исправной работы конструкции фундаментов;

• забор образцов грунта для дальнейших лабораторных исследований.

В ходе инструментального техобследования особое внимание уделяется грунтам основания. Извлекаются пробы почвенного покрова для лабораторных исследований. 

В конечном счете определяются физико–механические свойства грунта, а затем с помощью специального ПО производится расчет несущей способности и всех характеристик, необходимых для дальнейших расчетов. Подробнее с составом работ по техническому обследованию можно ознакомиться здесь.

Получите консультацию экспертов

Определение несущей способности свай — ответственный процесс, который требует экспертного подхода, а также наличия специального оборудования. Любые ошибки при проведении полевых и камеральных работ приводят к увеличению сроков реализации проекта, а также авариям, потере репутации и серьезным убыткам.

Свяжитесь с нами и получите бесплатную консультацию эксперта Гектар Групп. Мы подскажем вам, на что обратить внимание, учитывая особенность конкретного объекта и целей проведения работ. При необходимости поможем с составлением технического задания.