7 Определение несущей способности свай по результатам полевых исследований

7.1 Испытания свай статической, динамической нагрузками и эталонной сваей следует производить, соблюдая требования ГОСТ 5686, а испытания грунтов статическим и динамическим зондированием — Пособия П2-2000 к СНБ 5.01.01, ГОСТ 19912 и ГОСТ 20069.

Примечание — Для забивных защемленных в грунте свай длиной более 12 м вместо испытаний грунтов эталонной сваей допускается производить испытания статической нагрузкой с помощью металлической сваи-зонда диаметром 127 мм, конструкция которой обеспечивает раздельные измерения сопротивления грунта под нижним концом и на участке боковой поверхности (муфте трения) площадью 0,25 м². Испытания грунтов сваей-зондом следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 5686 применительно к эталонной свае типа II.

7.2 Для определения несущей способности свай по результатам полевых исследований для каждого здания или сооружения должно быть проведено не менее:

— статических испытаний свай и свай-штампов — 2;

— динамических испытаний свай — 6;

— испытаний грунтов эталонной сваей — 6;

— испытаний свай-зондов — 6;

— испытаний статическим зондированием — 6.

7.3 Расчетную несущую способность свай (F_d), кН, по результатам их испытаний вдавливающей, выдергивающей и горизонтальной статическими нагрузками и по результатам их динамических испытаний следует определять по формуле

, (7.1)

где с	— коэффициент условий работы, в случае: вдавливающих или горизонтальных нагрузок с = 1; в случае выдергивающих нагрузок (с) принимается по указаниям 6.5;
Fu,n g	— нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН, определяемое в соответствии с указаниями 7.4—7.7; — коэффициент надежности по грунту, принимаемый по указаниям 7.4.

24

Примечание — Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, если условия испытаний соответствуют действительным условиям работы сваи в фундаменте здания или сооружения.

7.4 В случае, если число свай, испытанных в одинаковых грунтовых условиях, составляет менее шести, нормативное значение предельного сопротивления сваи (F_u,n) в формуле (7.1) следует принимать равным наименьшему предельному сопротивлению, полученному из результатов испытаний, то есть F_u,n = F_u,min, а коэффициент надежности по грунту — _g = 1.

В случае, если число свай, испытанных в одинаковых условиях, составляет шесть и более, (F_u,n) и (_g) следует определять на основании результатов статической обработки частных значений предельных сопротивлений свай (F_u), полученных по данным испытаний, руководствуясь требованиями ГОСТ 20522 применительно к методике, приведенной в нем для определения временного сопротивления. При этом для определения частных значений предельных сопротивлений следует руководствоваться требованиями 7.5 при вдавливающих, 7.6 — при выдергивающих и горизонтальных нагрузках и 7.7 — при динамических испытаниях.

7.5 Если нагрузка при статическом испытании свай на вдавливание доведена до нагрузки, вызывающей непрерывное возрастание их осадки (S) без увеличения нагрузки (при S  20 мм), то эта нагрузка принимается за частное значение предельного сопротивления (F_u) испытываемой сваи.

Во всех остальных случаях для фундаментов зданий и сооружений (кроме мостов и гидротехнических сооружений) за частное значение предельного сопротивления сваи (F_u) вдавливающей нагрузке следует принимать нагрузку, под воздействием которой испытываемая свая получит осадку, равную (S), определяемую по формуле

S = S_u,mt, (7.2)

где Su,mt 

— предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения, устанавливаемое по указаниям СНБ 5.01.01; — коэффициент перехода от предельного значения средней осадки фундамента здания или сооружения (Su,mt) к осадке сваи, полученной при статических испытаниях с условной стабилизацией (затуханием) осадки.

Значение коэффициента () следует принимать равным 0,2 в случаях, когда испытание свай производится при условной стабилизации, равной 0,1 мм за 1 ч, если под их нижними концами залегают песчаные или пылевато-глинистые грунты с консистенцией от твердой до тугопластичной, а также за 2 ч, если под их нижними концами залегают пылевато-глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции. Значение коэффициента () допускается уточнять по результатам наблюдений за осадками зданий, построенных на свайных фундаментах в аналогичных грунтовых условиях.

Если осадка, определенная по формуле (7.2), окажется более 40 мм, то за частное значение предельного сопротивления сваи (F_u) следует принимать нагрузку, соответствующую S = 40 мм.

Для мостов и гидротехнических сооружений за предельное сопротивление сваи (F_u) при вдавливающих нагрузках следует принимать нагрузку на одну ступень менее нагрузки, при которой вызываются:

— приращение осадки за одну ступень загружения (при общем значении осадки более 40 мм), превышающее в 5 раз и более приращение осадки, полученное за предшествующую ступень загружения;

— осадка, незатухающая в течение суток и более (при общем значении ее более 40 мм).

Если при максимально-достигнутой при испытаниях нагрузке, которая окажется равной или более несущей способности сваи (F_d), подсчитанной по формулам (6.1), (6.2) и (6.3) с коэффициентом 1,5, осадка сваи (S) при испытаниях окажется менее значения, определенного по формуле (7.2), а для мостов и гидротехнических сооружений — менее 40 мм, то в этом случае за частное значение предельного сопротивления сваи (F_u) допускается принимать максимальную нагрузку, полученную при испытаниях.

Примечания

1 В отдельных случаях, при соответствующем обосновании, допускается принимать максимальную нагрузку, достигнутую при испытаниях, равной (F_d).

2 Ступени загружения при испытаниях свай статической вдавливающей нагрузкой должны назначаться равными в пределах 1/10 — 1/15 от предполагаемого значения силы предельного сопротивления сваи (F_u).

25

Пример 6 Требуется определить несущую способность свай по результатам испытаний статической вдавливающей нагрузкой для фундаментов многоэтажного здания с полным каркасом (железобетонные рамы без заполнения).

График зависимости осадки сваи от нагрузки, построенный по результатам статического испытания свай, наибольшие осадки от нагрузки по сравнению с пятью другими испытанными сваями, приведены на рисунке 7.1. Испытание доведено до осадки меньшей, чем осадка, установленная по формуле (7.2).

Рисунок 7.1 — График испытания свай статической нагрузкой

Решение Для данного типа зданий предельная величина средней осадки фундамента (S_u,mt), принимаемая по приложению Б СНБ 5.01.01, составляет S_u,mt = 8 см.

Величина осадки S = S_u,mt = 0,28,0 = 1,6 см больше осадки опытной сваи, поэтому за величину предельного сопротивления (F_u) принимаем максимальную нагрузку, то есть

F_u = 850 кН.

Несущая способность сваи по формуле (7.1) равна

кН.

Расчетная нагрузка на сваи назначается по указаниям 5.8.

7.6 При испытании свай статической выдергивающей или горизонтальной нагрузками за частное значение предельного сопротивления (F_u) (см. 7.4) по графикам зависимости перемещений от нагрузок принимается нагрузка на одну ступень менее нагрузки, без увеличения которой перемещения сваи непрерывно возрастают.

Примечание — Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетных параметров системы «свая-грунт», используемых в расчетах по приложению А.

7.7 При динамических испытаниях забивных свай частное значение предельного сопротивления (F_u), кН, (см. 7.4) по данным их погружения при фактических (измеренных) остаточных отказах S_а  0,002 м следует определять по формуле

. (7.3)

Если фактический (измеренный) остаточный отказ S_а < 0,002 м, то в проекте свайного фундамента следует предусмотреть применение для погружения свай молота с большей энергией удара, при которой остаточный отказ будет S_а  0,002 м, а в случае невозможности замены сваебойного оборудования, а также при наличии отказомеров, частное значение предельного сопротивления сваи (F_u), кН, следует определять по формуле

. (7.4)

26

В формулах (7.3) и (7.4):

cu	— динамический коэффициент условий работы сваи в грунте, принимается для: — песчаных грунтов cu = 1; — пылевато-глинистых грунтов cu = 1,05; — моренных супесей и суглинков cu = 1,1;
	— коэффициент, принимаемый по таблице 7.1 в зависимости от материала сваи, кПа;
Аc М Еd Sa Sel m1 m2 m3 m4 	— площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м2; — коэффициент, принимаемый равным единице при забивке свай молотами ударного действия, а при вибропогружении свай — по таблице 7.2; — расчетная энергия удара молота, кДж, принимаемая по таблице 7.3, или расчетная энергия вибропогружателя — по таблице 7.4; — фактический остаточный отказ, м, равный значению погружения сваи от одного удара молота, а при применении вибропогружателей — от их работы в течение 1 мин; — упругий отказ сваи (упругие перемещения грунта и сваи), м, определяемый с помощью отказомера; — масса молота или вибропогружателя, т; — масса сваи и наголовника, т; — масса подбабка, т, при вибропогружении свай принимается m3 = 0; — масса ударной части молота, т; — коэффициент восстановления удара, принимается при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем 2 = 0,2, а при вибропогружателе 2 = 0;
	— коэффициент, 1/кН, определяемый по формуле

, (7.5)

где Аc, m4, m2 np, nf Af g Hm h1

— то же, что в формулах (7.3) и (7.4); — коэффициенты перехода от динамического (включающего вязкое сопротивление грунта) к статическому сопротивлению грунта, см/кН, принимаемые соответственно равными для: — грунта под нижним концом сваи np = 0,00025; — грунта на боковой поверхности сваи nf = 0,025; — площадь боковой поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом, м2; — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; — фактическая высота падения ударной части молота, м; — высота первого отскока ударной части дизель-молота, м, принимается для: — дизель-молотов — 0,5; — других видов молотов — 0.

Таблица 7.1

Случай расчета	Коэффициент (), кПа
Испытания свай забивкой и добивкой (а также в случае определения отказов) при видах свай: железобетонных с наголовником деревянных без подбабка деревянных с подбабком	1500 1000 800
Контроль несущей способности свай по результатам производственной забивки при значении Ed/Sа, кН: 1000 и менее 2000 4000 8000 и более	2500 1500 950 700

27

Таблица 7.2

Вид грунта под нижним концом сваи	Коэффициент (М)
1 Гравийные с песчаным заполнителем 2 Пески средней крупности, крупные средней плотности и супеси твердые 3 Пески мелкие средней плотности 4 Пески пылеватые средней плотности 5 Супеси пластичные, суглинки и глины твердые 6 Суглинки и глины полутвердые 7 Суглинки и глины тугопластичные	1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7
Примечание  При плотных песках значение коэффициента (М) в позициях 24 следует повышать на 60 % , при наличии материалов статического зондирования  на 100 %.

Таблица 7.3

Молот	Расчетная энергия удара молота (Ed), кДж
1 Подвесной или одиночного действия 2 Трубчатый дизель-молот 3 Штанговый дизель-молот 4 Дизельный при контрольной добивке одиночными ударами без подачи топлива	GHm 0,9GHm 0,4GHm G(Hmh1)
Примечания 1 Здесь: G  вес ударной части молота, кН; Hm  фактическая высота падения ударной части молота, м 2 В позиции 4: h1  высота первого отскока ударной части дизель-молота от воздушной подушки, м, определяемая по мерной рейке. При предварительных расчётах допускается принимать для штанговых молотов h1 = 0,6, трубчатых молотов h1 = 0,4 м

Таблица 7.4

Возмущающая сила вибропогружателей, кН	100	200	300	400	500	600	700	800
Эквивалентная расчетная энергия удара вибропогружателя (Еd), кНм	45	90	130	175	220	265	310	350

Примечания

1 При забивке свай в грунт, подлежащий удалению при разработке котлована, или в грунт дна водотока, значение расчетного отказа следует определять исходя из несущей способности свай, вычисленной с учетом неудаленного или подверженного возможному размыву грунта, а в местах вероятного проявления отрицательных сил трения — с их учетом.

2 В случае расхождения более чем в 1,4 раза значений несущей способности оснований свай, определенных по формулам (7.3)—(7.5), с несущей способностью, определенной расчетом в соответствии с требованиями раздела 6 (по результатам лабораторных испытаний определений физико-механических свойств грунтов), необходимо дополнительно проверить несущую способность свай по результатам статического зондирования или статических испытаний свай.

В формулах (7.3) и (7.5) при сплошных квадратных и прямоугольных сваях, а также при полых круглых сваях с закрытым нижним концом и квадратных сваях с круглой полостью, площадь поперечного сечения сваи (А_с) принимается равной полной площади поперечного сечения брутто, ограниченной наружным периметром ствола сваи.

Величины отказов надлежит вычислять с учетом условий забивки свай. При забивке свай через грунт, подлежащий удалению при последующей откопке котлована, или через грунт дна реки, величину необходимого отказа следует определять исходя из несущей способности сваи (F_d), определенной по формулам (5.1) и (5.2), с учетом сопротивления на боковой поверхности сваи на участке неудаленного или подверженного возможному размыву грунта.

Динамические испытания следует производить в соответствии с ГОСТ 5686.

Для определения несущей способности сваи при добивке необходимо брать действительную энергию удара, причем испытания свай дизель-молотом нужно вести одиночными ударами без подачи топлива.

Действительную энергию удара дизель-молота при подаче топлива следует определять по формуле

28

, (7.6)

где G Нm pa Aц Нр Sel Sa  и 

— вес ударной части молота, кН; — фактическая высота падения ударной части молота, м; — атмосферное давление, кПа; — площадь поперечного сечения цилиндра, м2; — рабочий ход цилиндра или поршня, м; — упругий отказ сваи, м, измеряемый отказомером; — фактический остаточный отказ сваи, м; — эмпирические коэффициенты, составляющие для: — трубчатых дизель-молотов  = 8,  = 4,5; — штанговых дизель-молотов  = 10,  = 5,8.

Расчетные технические характеристики дизель-молотов приведены в таблице 7.5.

Таблица 7.5

Тип дизель-молотов	Вес ударной части молота (G), кН	Диаметр цилиндра, см	Площадь цилиндра (Ац), м2	Рабочий ход цилиндра (Нр), м	Наибольшая высота падения ударной части молота, (Нm), м
С-254 С-222 С-268 С-330	6 12 18 25	20 25 29 32	0,0314 0,0491 0,066 0,08	0,38 0,48 0,515 0,5	1,77 1,79 2,1 2,6
С-994 С-857	6	23,5	0,0434	0,28	3
С-995 С-858	12	30	0,0705	0,32	3
С-996 С-859	18	34,5	0,093	0,37	3
С-1047 С-949	25	40	0,126	0,37	3
С-1048 С-954	35	47	0,174	0,375	3
С-54 С-947	50	55	0,237	0,42	3
Ур-500	5	21	0,9346	0,27	2,27
Ур-1250	12,5	30	0,0705	0,3	3,31

Пример 7 Требуется определить несущую способность забивной сваи сечением 300300 мм с круглой полостью диаметром 160 мм и длиной 6 м, забитой в слабые глинистые грунты мягкопластичной консистенции на глубину 5 м.

Динамические испытания (через 10 дней «отдыха») сваи после забивки выполнены с помощью дизель-молота типа С-222 с весом ударной части G = 12 кН. Общий вес дизель-молота с учетом стационарной части — 22 кН. Испытания производились путем сбрасывания ударной части дизель-молота без подачи топлива с высоты 1,65 м, при этом величина первого отскока ударной части от воздушной подушки составила по измерению мерной рейкой в среднем 0,5 м.

При испытаниях измерялся остаточный отказ (S_a) и упругий отказ (S_el) сваи с помощью отказомера.

Средняя величина отказов от второго, третьего и четвертого ударов (первый удар произведен для обмятия прокладки наголовника и в расчет не вводится) составила S_a = 0,15 см, S_el = 0,5 см.

Поскольку при испытаниях получен остаточный отказ меньше 2 мм, а также учитывая, что испытания проведены в слабых глинистых грунтах после «отдыха» сваи, определение предельного сопротивления сваи (F_u) производим по формуле (7.4), учитывающей упругий отказ.

В соответствии с условием задачи имеем следующие расчетные данные:

S_a = 0,15 см; S_el = 0,5 см; G = 12 кН;

29

H_m-h₁ = 165-50 = 115 см;

А_с = 0,30,3 = 0,09 м²;

A_f = 40,35 = 6 м².

Вес сваи, наголовника и стационарной части молота

m₂ = 10 + (22-12) = 20 кН.

Определяем коэффициент () по формуле (7.5)

1/кН.

Предельное сопротивление сваи (F_u) по формуле (7.4)

кН.

7.8 Несущую способность (F_d), кН, забивной защемленной в грунте сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по результатам испытаний грунтов эталонной сваей, испытаний сваи-зонда или статического зондирования следует определять по формуле

, (7.7)

где с

— коэффициент условий работы, принимается с = 1;

n Fu g

— число испытаний грунтов эталонной сваей, испытаний сваи-зонда или точек зондирования, шт; — частное значение предельного сопротивления сваи, в месте испытания грунтов эталонной сваей, испытания сваи-зонда или в точке зондирования, кН, определенное в соответствии с требованиями 7.9, 7.10 или 7.11; — коэффициент надежности по грунту, устанавливаемый в зависимости от изменчивости полученных частных значений предельного сопротивления сваи (Fu) в местах испытаний грунтов эталонной сваей, испытаний сваи-зонда или в точках зондирования и числа этих испытаний или точек при значении доверительной вероятности  = 0,95 в соответствии с требованиями ГОСТ 20522.

7.9 Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в месте испытания грунтов эталонной сваей (F_u), кН, следует определять при:

а) испытании грунтов эталонной сваей типа I (ГОСТ 5686) — по формуле

, (7.8)

где sр	— коэффициент, принимаемый: sр = 1,25 — при заглублении сваи в плотные пески независимо от их крупности или крупнообломочные грунты; sр = 1 — для остальных грунтов;
U, Usp Fu,sp	— периметры поперечного сечения, соответственно, сваи и эталонной сваи, м; — частное значение предельного сопротивления эталонной сваи, кН, определяемое по результатам испытания статической нагрузкой согласно 7.5;

30

б) испытании грунтов эталонной сваей типа II или III (ГОСТ 5686) — по формуле

F_u = _crR_spA_с + _cfR_fspUh, (7.9)

где cr	— коэффициент условий работы под нижним концом натурной сваи, принимаемый по таблице 7.6 в зависимости от предельного сопротивления грунта под нижним концом эталонной сваи (Rsp);
Rsp Aс cf	— предельное сопротивление грунта под нижним концом эталонной сваи, кПа; — площадь поперечного сечения натурной сваи, м2; — коэффициент условий работы на боковой поверхности натурной сваи, принимаемый по таблице 7.6 в зависимости от среднего значения предельного сопротивления грунта на боковой поверхности эталонной сваи (Rfsp);
Rfsp U h	— среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности эталонной сваи, кПа; — периметр поперечного сечения ствола сваи, м; — глубина погружения натурной сваи, м.

Примечание — При применении эталонной сваи типа II следует проверить соответствие суммы предельных сопротивлений грунта под нижним концом и на боковой поверхности эталонной сваи ее предельному сопротивлению. Если разница между ними превышает 20 %, то расчет предельного сопротивления натурной сваи должен выполняться как для эталонной сваи типа I.

Таблица 7.6

(Rsp), кПа	Коэффициент (сr) в зависимости от (Rsp)		(Rfsp), (Rfps,i), кПа	Коэффициент (сf) в зависимости от (Rfsp) для эталонных свай типов II и III		Коэффициент (сf) в зависимости от (Rfps,i) для сваи-зонда
	для эталонных свай типа II	для эталонных свай типа III		при песчаных грунтах	при пылевато-глинистых грунтах
2000 3000	1,15 1,05	1,40 1,20	20 30	2,00 1,65	1,20 0,95	0,90 0,85
4000 5000 6000 7000 10000 13000	1,00 0,90 0,80 0,75 0,65 0,60	0,90 0,80 0,75 0,70 0,60 0,55	40 50 60 80 120 —	1,40 1,20 1,05 0,80 0,50 —	0,80 0,70 0,65 0,55 0,40 —	0,80 0,75 0,70 — — —
Примечания 1 Для промежуточных значений (Rsp) и (Rfsp) значения (сr) и (сf) определяются интерполяцией. 2 В случае, если по боковой поверхности сваи залегают песчаные и пылевато-глинистые грунты, коэффициент (сf) определяется по формуле , где , — суммарные толщины слоев, соответственно, песчаных и пылевато-глинистых грунтов; , — коэффициенты условий работы эталонных свай и свай-зондов, соответственно, в песчаных и пылева- то-глинистых грунтах.

7.10 Частное значение предельного сопротивления забивной сваи в месте испытаний сваи-зонда (F_u), кН, следует определять по формуле

F_u = _crR_psA_с + U_i_cfR_fpsh_i, (7.10)

где cr	— коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, принимаемый равным 0,8;
Rps cf	— предельное сопротивление грунта под нижним концом сваи-зонда, кПа; — коэффициент условий работы грунта i-го слоя на боковой поверхности сваи, принимаемый по таблице 7.6 в зависимости от среднего значения предельного удельного сопротивления i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи-зонда (Rfps);
Rfps hi Aс, Ui	— среднее значение предельного сопротивления грунта i-го слоя на боковой поверхности сваи-зонда, кПа; — толщина i-го слоя грунта, м; — то же, что и в формуле (7.9).

31

7.11 Определение частного значения предельного сопротивления забивной защемленной в грунте сваи в точке зондирования следует производить в соответствии с Пособием П2-2000 к СНБ 5.01.01.