ШТАМПОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

ШТАМПОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Эта статья будет интересна Заказчикам и Подрядчикам строительства мостовых сооружений, а также любых других зданий и сооружений, устраиваемых на свайных основаниях из буронабивных свай. В ней мы расскажем о методе штампового испытания грунта в основании буронабивных свай.

 Содержание

  • Зачем необходимо выполнять штамповые испытания буровых свай
  • Описание метода штампового испытания БНС
  • Точность испытаний грунтов штампом
  • Оборудование для испытания свай
  • Подготовка к проведению штамповых испытаний
  • Порядок проведения штамповых испытаний
  • Оформление результатов испытаний

 

Давайте разберемся, что обязывает нас выполнять штамповые испытания буронабивных свай мостовых сооружений.

 

Зачем необходимо выполнять штамповые испытания буровых свай

Штамповые испытания выполняются для подтверждения несущей способности грунта в основании буровых свай до бетонирования самих свай.

Необходимость испытания буронабивных свай мостовых сооружений штампом регламентирована п.8.9 (Таблица 5, строка 4) свода правил СП46.13330.2012 “Мосты и трубы” Изменение 1.

Пункт 8.9 СП46.13330.2012 входит в перечень стандартов (частей стандартов), указанных в Постановлении Правительства РФ N1521 от 26 декабря 2014 года и обязателен для исполнения на территории РФ.

Минимальный объем свай для испытаний грунтов в основании БНС – не менее 1-й сваи/не менее 1-го испытания штампом грунта в основании буровых свай по ГОСТ 5686-2012 в каждом ростверке мостового сооружения.

При больших фундаментах или высокой неоднородности грунтов по результатам геологических изысканий проектная организации может предусмотреть выполнение большего количества штамповых испытаний.

При неудовлетворительных результатах или результатах, которые резко отличаются от полученных расчетным путем с использованием материалов инженерно-геологических изысканий проектная организация может принять решение о проведении повторных штамповых испытаний.

 

Штамповые испытания буронабивных свай по методике выполнения очень похожи на статические испытания свай. Отличие состоит в том, что штамповые испытания выполняются на первой скважине каждого фундамента, а статические испытания, как правило, выполняются после устройства всего свайного поля фундамента. На этой стадии, если результаты статических испытаний покажут недостаточную или избыточную несущую способность, что-то изменить будет невозможно.

В отличии от статических, штамповые испытания грунта в основании буровых свай, позволяют получить представление о фактической несущей способности грунта в основании БНС на ранней стадии производства работ и в случае получения результатов отличных от расчетных – внести изменения в конструкцию свайного основания. При этом несущая способность сваи по боковой поверхности оценивается по материалам геологических изысканий расчетным способом, с учетом фактических отметок залегания грунтов в скважине по журналу буровых работ.

По результатам проведения штамповых испытаний проектная организация может скорректировать отметку подошвы БНС, а также изменить количество свай в свайном ростверке.

 

Описание метода штампового испытания БНС

Суть метода штампового испытания грунта состоит в ступенчатой передаче испытательной нагрузки на грунт в основании скважины буровой сваи, через жесткий штамп, установленный в буровую скважину. Испытательная нагрузка, как правило, создается гидравлическим домкратом и упорной конструкцией, закрепленной за обсадную трубу.  При отсутствии обсадных труб в качестве упорной конструкции может использоваться грузовая платформа по аналогии со статическими испытаниями свай.

В процессе проведения штамповых испытаний решаются следующие задачи:

— измерения осадок штампа от каждой ступени нагружения;

— анализ характера деформации грунта в основании БНС во времени.

По полученным в процессе штамповых испытаний данным определяется предельное сопротивление грунта основания скважины.

За предельное сопротивление грунта основания по результатам штамповых испытаний принимается величина давления штампа на грунт на одну ступень меньше давления, при котором приращение осадки за одну ступень нагружения (при общей осадке свыше 4 см) превышает в 5 раз и более приращение осадки, которое было получено за предшествующую стадию передачи нагрузки. Испытания несущей способности грунтов, за исключением крупнообломочных отложений, плотных песков, твердых и полутвердых глин, рекомендуется доводить до нагрузки, при которой может быть зафиксировано предельное сопротивление грунта основания.

Как правило, испытания проводятся до фиксации приращения осадки за одну ступень в 5 раз больше предшествующей (провал штампа) или при достижении нагрузки, выдергивающей обсадную трубу, или превышении общей осадки 40 мм.

 

Точность результатов испытаний свай

Точность определения несущей способности по результатам штамповых испытаний ниже точности, статических испытаний свай, так как они позволяют оценить несущую способность БНС только по лобовому сопротивлению, при этом несущая способность сваи по трению боковой поверхности принимается по данным инженерно-геологических изысканий.

Кроме этого на точность результатов штамповых испытаний свай влияет ряд факторов, которые необходимо учитывать при проведении и оценке результатов испытаний:

а) полученные при штамповых испытаниях данные правильно характеризуют величины несущей способности и осадки основания из слоя однородного грунта, расположенного под штампом на глубину активной сжимаемой толщи, равной примерно удвоенной ширине подошвы штампа.

Использование результатов штамповых испытаний для определения несущей способности и осадок оснований фундаментов приводит к погрешностям тем большим, чем выше степень неоднородности механических свойств грунтов, расположенных по глубине активной толщи основания фундамента;

б) в процессе подготовки и проведения испытаний должно обеспечиваться сохранение естественного сложения грунтов в уровне забоя скважины, т.е. не допускаться его разуплотнения, изменение естественной влажности вследствие замачивания, высушивания или промерзания;

в) должно обеспечиваться плотное прилегание штампа к поверхности грунта;

г) Поверхность грунта в пределах площади установки штампа должна быть тщательно спланирована. Дно скважины должно располагаться на 0,1-0,2 м выше уровня установки подошвы штампа. Зачистку оставшегося грунта производят непосредственно перед установкой штампа

д) После зачистки скважины и до начала подачи давления на домкрат должно пройти не более 4 часов.

При присутствии в основании скважины глинистых грунтов и (или) обводненных необходимо время подготовки сократить до 1 часа, но не более 2 часов.

Если испытания не были начаты в течении 4 часов с момента зачистки скважины (в течении 2 часов для обводненных), то производится демонтаж собранной конструкции штампа и повторяется зачистка скважины.

е) взаимное расположение штампа и ножевой секции обсадной трубы должно обеспечивать сохранение естественной структуры грунта. Для этого ножевая секция обсадной трубы должна не доходить до забоя скважины на 80-100 см.

ж) испытания грунтов штампом производят ступенчато-возрастающей вдавливающей нагрузкой;

з) испытания начинают с предварительного уплотнения грунта нагрузкой, создающей природное давление на грунт в уровне подошвы штампа, но не менее 0,5 кгс/см2;

и) при назначении величины первой ступени нагрузки для предварительного уплотнения грунта штампом следует учитывать вес элементов испытательной установки, передающей давление на штамп.

к) в процессе предварительного уплотнения грунта штампом каждую ступень нагрузки рекомендуемся выдерживать не менее:

при крупнообломочных и песчаных грунтах – 5 мин;

при глинистых грунтах – 30 мин.

Последнюю ступень нагрузки предварительного уплотнения и все последующие ступени следует выдерживать до условной стабилизации осадки основания.

л) Величину ступени следует принимать в зависимости от грунтовых условий в диапазоне от 1/10 до 1/15 предполагаемой предельной нагрузки (расчетной).

В случаях заглубления нижних концов элементов в крупнообломочные грунты, гравелистые и плотные пески, в твердые глины, а также для ускорения проведения испытаний элементов в других грунтах допускается первые три ступени загружения принимать равными 1/5-1/8 от предполагаемой предельной нагрузки на элемент.

м) за условную стабилизацию осадки основания на каждой ступени нагрузки принимают приращение осадки штампа не более 0,1 мм в течение 30 мин при крупнообломочных и песчаных грунтах и 1 ч при глинистых грунтах. Время выдержки каждой последующей ступени нагрузки должно быть не менее времени выдержки предыдущей.

н) осадку штампа следует определять, как среднее арифметическое значение показаний двух прогибомеров, измеряющих с точностью 0,1 мм осадку двух противоположных сторон штампа.

Как вы видите на точность проведения штамповых испытаний влияют большое количество факторов, поэтому штамповые испытания не заменяют статические испытания, которые позволяют достичь максимальной точности определения несущей способности сваи.

 

Оборудование для испытаний свай

В состав установки для испытания грунта штампом входит:

— штамп

— домкрат

— маслостанция

— манометр

— упорная конструкция

— прогибомеры

— реперная система

Подробные требования к оборудованию для испытания свай можно посмотреть здесь.

 

Штамп для проведения штамповых испытаний предусматривается диаметром не менее 300 мм в соответствии с п.4.23 «Руководство по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов».

Для штамповых испытаний чаще применяются следующие штампы:

— круглый штамп диаметром 325 мм;

— круглый штамп диаметром 820 мм;

— винтовой штамп.

Штамп для проведения испытаний изготовляется специалистами строительной фирмы в соответствии с утвержденным к производству работ чертежом и в соответствии с требованиями СП53-101-98.

На штамп представляются следующие документы — чертеж конструкции штампа, паспорт на стальные конструкции, сертификаты качества на применяемые материалы.

Расчетный вес штампа с учетом траверсы (наддомкратной балкой) определяется перед установкой для каждого испытания.

Штамп представляет собой стальную конструкцию, выполненную из трубы с заглушённым нижним концом, который и является штампом. В верхней части трубы устраивается горизонтальная площадка для размещения домкрата. Сама труба является штангой, передающей давление от домкрата на штамп.

Днище-штамп приваривается на расстоянии 5 см от низа трубы. Это позволяет штампу при установке не смещаться. Обязательно, в этом случае, по ободу просверливаются отверстия диаметром 4÷5 мм в количестве не менее 4 шт. Они позволяют беспрепятственно устранить воду и воздух из полости/плоскости контакта при испытаниях.

 

Для установки штампа по центру скважины на трубе по высоте через каждые 3,5÷4,0 м привариваются центрирующие направляющие (фонари). Перед началом каждой установки штампа необходимо проверить целостность центраторов и их не деформированность в процессе транспортировки или установки на ранее проводимом штамповом испытании.

От низа штампа элемент первого центратора должен располагаться на расстоянии не ниже 6,0 м, что позволит выполнить обратную засыпку штампа грунтом.

 

Для ускорения процесса сборки и установки штампа, штамп должен состоять из секций, закрепляемых болтовыми соединениями. Исполнитель должен заранее подготовить на строительной площадке необходимое количество секций для обеспечения требуемой длины штампа. Для исключения сварочных работ на месте производства работ и сокращения времени сборки штампа, рекомендуется заготовить по 1 секции различной длины 0,2; 0,3; 0,5; 1,0; 2,0 м для добора.

 

Для возможности правильной установки штампа и его первичного предварительного загружения, рекомендуется применить способ поворота штампа штангой бурового станка вокруг его оси для плотной установки круглого штампа.

 

Верхняя часть любого штампа, на которой располагается домкрат должна иметь строго горизонтальную не деформированную поверхность. Диаметр площадки должен быть диаметром не менее 0,5 м или 0,5х0,5 м при квадратном сечении.

 

Перед началом каждого испытания обязательно определяется фактический вес штампа путем его взвешивания.

При выполнении работ в обводненных скважинах, для устранения «всплытия» штампа все его секции не должны быть герметичными. На расстоянии 0,2-0,3 м от фланцев необходимо просверлить отверстия диаметром 10 мм для возможности заполнения полостей штампа водой.

В качестве загрузочного устройства для штампа используется гидравлический домкрат, установленный на верху трубы штампа, и упирающимся в наддомкратную балку, прикрепленную к обсадной трубе.

Перед началом испытаний домкрат должен быть проверен на предмет работоспособности, отсутствия течи масла и возможности полного выхода штока. ОБЯЗАТЕЛЬНО, домкрат должен САМОСТОЯТЕЛЬНО опускать шток при разгрузке.

 

Домкрат для проведения штамповых испытаний. Тип домкрата для проведения испытаний зависит от испытательной нагрузки, но обычно при проведении испытаний используется домкраты типа ДГ100П150/ДГ200П150 — домкраты грузовые одностороннего действия грузоподъемностью 100/200 тс с пружинным возвратом и выходом поршня равным 150 мм. Максимальное давление 70 МПа. Максимальный вес домкрата (200тн) — 116 кг. Габаритные размеры 245х295х420 мм.

Основными составными частями домкрата являются: корпус, поршень, с опорно-направляющими полукольцами и уплотнением, и штоковая втулка. Для возврата исходного положения домкрат имеет блок возвратных пружин, закрепленных с помощью винтов и уплотненных кольцами. Домкрат имеет плавающую опору, которая служит для компенсации влияния перекоса оси домкрата относительно поднимаемого груза.

Для переноса и установки домкрат снабжен грузовыми винтами.

Для подключения к насосу домкрат должен быть снабжен полумуфтой быстроразъемного соединения, исключающей потерю гидравлической жидкости и оснащен предохранительным краном, предназначенным для предотвращения самопроизвольного слива гидравлической жидкости из полости домкрата в случае аварийного повреждения насоса или рукава высокого давления. Домкрат оснащен сливным клапаном, который предназначен для ускоренного возврата поршня в исходное положение без нагрузки.

Перемещение поршня домкрата осуществляется за счет усилия, возникающего при подаче гидравлической жидкости под давлением в полость под поршнем. Возврат поршня в исходное положение осуществляется при сбросе давления под действием блока возвратных пружин.

 

Маслостанция. При штамповых испытаниях давление в домкрате создается при помощи только РУЧНОЙ маслостанции – гидравлического насоса с ручным приводом.

Насос состоит из бака и смонтированной на нем гидропанели, в которой располагаются плунжера и система клапанов. Насос предназначен для нагнетания гидравлической жидкости под давлением вручную в поршневые полости рабочих механизмов для выполнения их функций.

Перед началом испытаний необходимо проверить совместимость выбранного домкрата и маслостанции, возможность создания требуемого давления, наличие необходимого количества масла для создания максимального давления и пустая емкость, если необходима, для слива масла при опускании поршня домкрата.

 

Манометр. Давление в системе контролируется при помощи манометра. Манометр должен иметь поверку, а паспортные характеристики должны по максимальному давлению (обычно 600кгс/см2) и классу точности (обычно 0,6) соответствовать выполняемой задаче. Цена деления циферблата манометра должна позволять определять нагрузку на каждой ступени нагружения штампа.

 

Упорная конструкция. В качестве упорной конструкции как правило используется наддомкратная балка, установленная на обсадную трубу, которая воспринимает давление от домкрата.

В соответствии с п.5.11 ГОСТ 5686-2012 наибольший прогиб инвентарной конструкции, служащей упором для домкрата, должен быть не более 0,004 ее расчетного пролета. Конструкция наддомкратной балки должна обеспечивать вертикальную установку домкрата без смещения на протяжения всех штамповых испытаний.

Наддомкратная балка обычно формируется из двутавровых балок высотой 543 мм, объединенных между собой накладками.

Крепление наддомкратной балки к обсадной трубе осуществляется при помощи шарниров. При сбросе давления по завершению испытаний наддомкратная балка должна быть зафиксирована краном для исключения падения.

 

Прогибомеры. Для измерений осадок штампа применяются прогибомеры с точностью измерения 0,01 мм.

Прогибомеры закрепляются в верхней части обсадной трубы. Проволока закрепляется от прогибомеров вертикально к «удочкам», прикрепленным к трубе штампа. В качестве «удочек» используется арматурный стержень диаметром не менее 25 мм.

Проволока применяется в соответствии с ГОСТ 5686-2012 и в соответствии с «Руководством по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов» закаленная.

Проволока применяется по ГОСТ 9389-75 «Проволока стальная углеродистая пружинная Технические условия.» диаметром 0,3мм — стальная, не оцинкованная, прошедшая термическую обработку.

Перед началом испытаний проволока вывешивается под испытательными грузами не менее чем на час. Проволока должна быть прямолинейная без изломов, загибов, уменьшения сечения и т.д. При выявления дефектного участка проволока бракуется и принимается для испытаний следующий отмотанный кусок проволоки. Для каждого прогибомера груз весит ≈1 кг.

 

Реперная система. Для фиксации выхода обсадной трубы в процессе штамповых испытаний на обсадную трубу крепится “удочка” с ребром жесткости. Длина “удочки” подбирается таким образом, чтобы репер с установленным прогибомером располагался на расстоянии не менее 1,0 м от бурового станка.

 

Подготовка к проведению штамповых испытаний

Непосредственно перед началом штамповых испытаний ответственным представителем строительной организации выполняется предоставление необходимых исходных данных, в том числе:

— информацию об адресе испытуемой скважины в соответствии с рабочей документацией (название объекта, название строительной организации, номер опоры, номер сваи/скважины);

— расчетная нагрузка на основание сваи (при наличии);

— отметки верха штампа и низа забоя;

— диаметр штампа;

— вес штампа;

— диаметр сваи;

— диаметр поршня домкрата;

— дата и время зачистки забоя.

Необходимо ответственно отнестись к выдаче исходных данных, т.к. некоторые из них напрямую влияют на точность выполнения испытаний и изменение данных после проведения штамповых испытаний категорически не допускается.

 

Подготовка к проведению испытаний выполняется в присутствии представителя испытательной организации.

После завершения бурения скважины на отметке выше отметки установки штампа на 0,2 м осуществляется промер длины скважины тарированным лотом или рулеткой с грузом.

Производится укрупнительная сборка штампа.

Непосредственно перед установкой штампа производится зачистки забоя скважины специальным буровым наконечником-зачистителем в несколько приемов с его извлечением на поверхность после каждой зачистки. Зачистка производится только на низких оборотах. Предварительно с ковшебура демонтируется «пилот» или перо и боковые зубья ПОЛНОСТЬЮ.

Производится промер глубины скважины тарированным лотом или рулеткой с грузом.

Обсадная труба по отношению к подошве штампа должна располагаться выше на 0,08-0,10 м.

Производится установка укрупненных секций штампа по центру скважины.

Для обеспечения плотного прилегания штампа к грунту необходимо штамп 2-3 раза повернуть на пол-оборота вокруг продольной оси. Повороты осуществляются с применением штанги бурового станка. При этом НЕ ДОПУСКАЮТСЯ вертикальные давления на штамп.

Производится закрепление верха штампа от смещения при выполнении обратной засыпки.

Для обеспечения условий подобия работы основания под штампом и под оболочкой производится обратная засыпка песком. Толщина засыпки определяется по нижеприведенной формуле.

H=d/D*H,

где d и D — диаметры соответственно штампа и оболочки; H — заглубление низа оболочки от поверхности грунта.

 

———————————————————————————————————————————

 

Ориентировочно, высота засыпки песком должна составлять от подошвы штампа 3,0-3,5 м. Обратная засыпка не должна доходить до выступающих частей конструкции штампа, чтобы при штамповых испытаниях часть давления не воспринималась обратной засыпкой.

Производится промер глубины скважины тарированным лотом или рулеткой с грузом.

После проведения обратной засыпки ОБЯЗАТЕЛЬНО устранить закрепление штампа от горизонтальных смещений.

На обсадную трубу при помощи грузоподъемного крана устанавливается наддомкратная балка строго вертикально над штампом.

К верхней площадке штампа привариваются «удочки» из арматуры диаметром не менее 25 мм для крепления прогибомеров. «Удочки» не должны упираться в процессе штамповых испытаний в обсадную трубу и (или) деформироваться.

 

К обсадной трубе с внешней стороны приваривается “удочки” с ребром жесткости для фиксации перемещения обсадной трубы прогибомерами.

 

На горизонтальную площадку штампа устанавливается домкрат и подсоединяется к ручной маслостанции. Для исключения возможности падения домкрата в случае аварийной ситуации, он должен быть привязан к обсадной трубе.

Устанавливаются на обсадную трубу и на репер прогибомеры для фиксации перемещений в процессе штамповых испытаний.

Процесс установки штампа завершен. Время с момента зачистки и закрепления последнего прогибомера не должно превышать 4 часов. В идеальном состоянии при применении максимально болтовых креплений время установки составляет 1,0-1,5 часа.

С этого момента допуск посторонних к буровому станку строго ЗАПРЕЩЕН. Кроме того, строго запрещается производить строительные работы способствующие передачи на штамп вибрации.

Перед началом испытаний производится фиксация показаний по прогибомерам. На рисунке приведена принципиальная схема установки прогибомеров.

 

———————————————————————————————————————————

 

Испытания начинают с предварительного уплотнения грунта нагрузкой, создающей природное давление на грунт в уровне подошвы штампа, но не менее 0,5 кгс/см2. Производится обжатие конструкций с выдержкой ступеней до достижения условной стабилизации. Отчеты по прогибомерам снимаются через каждые 15 мин. После обжатия давление плавно сбрасывается и начинаются основные штамповые испытания.

 

Порядок проведения штамповых испытаний

Первое нагружение соответствует сдвоенной ступени — 2Р ступень. Если производятся испытания на пластичной глине, то все штамповые испытания осуществляются только одинарными ступенями.

Производится съемка показаний по прогибомерам непосредственно после приложения нагрузки. Последующие замеры производятся через каждые 15 мин. до условной стабилизации осадки. Съемка показаний производится аналогично после каждой ступени нагружения.

Второе нагружение – приращение нагрузки соответствует сдвоенной ступени — 2Р ступень.

Третье нагружение и последующие нагружения — приращение нагрузки соответствует одной ступени – Р ступень.

Испытания проводятся до фиксации приращения осадки за одну ступень в 5 раз больше предшествующей (провал штампа) или при достижении нагрузки, выдергивающей обсадную трубу, или при достижении нагрузки, при которой общая осадка штампа превышает 40 мм.

Разгрузка осуществляется сдвоенными ступенями через каждые 15 мин. На каждой стадии производится съемка значений по прогибомерам.

 

Показания приборов при статических испытаниях фиксируются в электронном виде в табличной форме в форматах .xls или .xlsx.

———————-

Пример графика нагрузка/осадка при “провале” штампа

———————————

Пример графика нагрузка/осадка при просадке более 40мм

 

Оформление результатов испытаний

Результаты штамповых испытаний представляются в виде графика зависимости осадки штампа от нагрузки на грунт и графика осадки штампа во времени.

Результаты предоставляются в форме Заключения.

 

После завершения штамповых испытаний представитель испытательной организации выполняет запись в журнале буровых работ о результатах проведенных испытаний.

«Исполнитель» передает «Заказчику» результаты испытаний в следующие сроки:

— предварительные данные – в течение 1 (одних) суток;

— заключение – в течение 3 (трех) дней.