СПОСОБ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕМЕНТА СВАЙНО-ПЛИТНЫХ И ПЛИТНО-СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ И ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PILED RAFTS AND COMBINED PILED-RAFT FOUNDATIONS ELEMENT STATIC TESTS AND ELEMENT FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам испытаний элементов свайно-плитных и плитно-свайных фундаментов вдавливающей нагрузкой.
Известен способ статических испытаний вдавливающей нагрузкой одиночной сваи ступенчато возрастающей нагрузкой с построением графика нагрузка-осадка, по которому устанавливают несущую способность сваи при заданной осадке. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями». В соответствии с СП-24.13330.2011, п. 7.3.5 «Свайные фундаменты, актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85» допустимая осадка при испытаниях свай принимается равной 0,2 от допустимой осадки для здания, сооружения. Вдавливающая нагрузка создается домкратами с упором в балку, соединенную с анкерными сваями, или грузовой платформой.
Известен способ статических испытаний свай, в котором плоские домкраты размещают в одном или нескольких сечениях сваи (Способ Остеберга) или раздельные испытания сваи по боковой поверхности и по нижнему торцу сваи (Патент РФ №130325, кл. E02D 5/22, публ. 20.07.2013 г.).
Общим недостатком известных способов является то, что с их помощью определяется несущая способность только сваи без учета работы ростверка. Это объясняется тем, что в свайных фундаментах несущая способность ростверка по грунту в работе свайного фундамента на вертикальные нагрузки не учитывается. В связи с широким применением плитных ростверков, объединяющих большие свайные кусты и поля, появилась возможность снизить материалоемкость фундамента при обеспечении расчетной несущей способности фундамента.
В соответствии с новыми потребностями и развитием современных расчетных методов в отдельных случаях несущую способность плиты ростверка определяют на основании результатов инженерно-геологических изысканий, а несущую способность сваи определяют по результатам статических испытаний. Однако совместить эти разнополученные результаты крайне затруднительно.
Сегодня проверить результаты таких расчетно-опытных методов возможно только примерно и косвенно и только после окончания строительства объекта по результатам наблюдений за его осадками, поскольку измеряемые осадки включают в себя и ряд других параметров, таких как осадка условного фундамента, отличие расчетных параметров грунта от фактических и др. Поэтому такие объекты являются экспериментальными, а расчетные методы до настоящего времени не имеют конкретного отражения в нормативных документах. Даже для обычных свайных фундаментов, в которых не учитывается работа плиты ростверка, расчетные методы не являются достаточно достоверными, почему и требуются прошедшие проверку временем статические испытания свай, которые являются обязательными.
Наиболее близким является способ статических испытаний элемента свайно-плитного фундамента здания путем воздействия статической ступенчато возрастающей нагрузкой на сваю в грунте, построения графика зависимости «нагрузка-осадка» и определения несущей способности сваи и конструкция этого элемента в виде сваи в грунте (СП 24.13330.2011 и ГОСТ 5686-94).
Техническая задача изобретения заключается в создании способа статических испытаний, учитывающего работу всех элементов плитно-свайных и свайно-плитных фундаментов, и возможности снижения материалоемкости фундамента при обеспечении его несущей способности, а также создании конструкции комбинированного элемента для статических испытаний, которые позволят определить несущую способность по грунту, сваи и плиты ростверка.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе статических испытаний элемента свайно-плитных и плитно-свайных фундаментов здания путем воздействия статической ступенчато возрастающей нагрузкой на сваю в грунте, построения графика зависимости «нагрузка-осадка» и определения несущей способности сваи согласно изобретению дополнительно на уплотненный грунт укладывают фрагмент плиты ростверка и воздействуют на него статической ступенчато возрастающей нагрузкой до достижения осадки сваи и фрагмента плиты ростверка не менее 0,2 допустимой осадки здания и определяют несущую способность элемента как суммарную несущую способность сваи и фрагмента плиты ростверка. При этом фрагмент плиты ростверка жестко или шарнирно могут соединять со сваей и воздействовать на них статической нагрузкой совместно. Кроме того, фрагмент плиты ростверка могут укладывать на уплотненный фунт с возможностью воздействия статической ступенчато возрастающей нагрузкой на сваю и фрагмент плиты ростверка раздельно, при этом сначала воздействуют нагрузкой на фрагмент плиты ростверка, а затем на сваю, а несущую способность элемента определяют как сумму несущей способности фрагмента плиты ростверка и сваи. Кроме того, фрагмент плиты ростверка могут укладывать на уплотненный грунт с возможностью воздействия статической ступенчато возрастающей нагрузкой на сваю и фрагмент плиты ростверка раздельно, после чего сначала нагружают фрагмент плиты ростверка частью нагрузки величиной, соответствующей 0,05-0,12 допустимой осадки здания, после чего с помощью переходного элемента воздействуют нагрузкой на сваю и фрагмент плиты ростверка одновременно до достижения осадки не менее 0,2 от допустимой осадки здания.
Предлагаемый способ статических испытаний элемента свайно-плитных и плитно-свайных фундаментов отличается от известного тем, что дополнительно на уплотненный грунт укладывают фрагмент плиты ростверка и воздействуют на него статической ступенчато возрастающей нагрузкой до достижения осадки сваи и фрагмента плиты ростверка не менее 0,2 допустимой осадки здания и определяют несущую способность элемента как суммарную несущую способность сваи и фрагмента плиты ростверка.
Предлагаемый способ статических испытаний обеспечивает возможность определять более полно несущую способность плитно-свайного или свайно-плитного фундамента и позволяет снизить материалоемкость фундамента.
Решение задачи состоит во включении в испытания не только сваи, но и фрагмента плиты ростверка.
Техническая задача решается также таким образом, что элемент для статических испытаний свайно-плитных и плитно-свайных фундаментов, содержащий сваю в грунте, согласно изобретению дополнительно содержит фрагмент плиты ростверка, выполненный прямоугольным в плане с размером стороны не более трех диаметров сваи и соразмерной шагу свай в фундаменте. Причем свая может быть выполнена буронабивной, при этом фрагмент плиты ростверка выполнен прямоугольным в плане со стороной не менее диаметра сваи плюс 1,0-1,1 м. Кроме того, фрагмент плиты ростверка и свая могут быть жестко или шарнирно соединены между собой для возможности воздействия статической нагрузкой на фрагмент плиты ростверка и сваю совместно. Или фрагмент плиты ростверка может быть выполнен с центральным отверстием для свободного размещения головы сваи с возможностью раздельного воздействия статической ступенчато возрастающей нагрузкой на фрагмент плиты ростверка и сваю.
Предлагаемая конструкция элемента отличается тем, что дополнительно содержит фрагмент плиты ростверка, выполненный прямоугольным в плане с размером стороны не более трех диаметров сваи и соразмерной шагу свай в фундаменте. При этом размеры фрагмента плиты ростверка выбирают в зависимости от вида свай и проектного шага свай в плитно-свайном фундаменте. В зависимости от соединения сваи с фрагментом плиты ростверка жестко, шарнирно, раздельно обеспечивается возможность воздействовать ступенчато возрастающей нагрузкой на сваю и фрагмент в соответствии с проектной конструкцией плитно-свайного или свайно-плитного фундамента.
Для разных задач решение может быть выполнено в нескольких вариантах или их комбинации.
На фиг. 1 представлен элемент для статических испытаний свайно-плитного фундамента (вариант для совместного испытания сваи и фрагмента плиты ростверка); фиг. 2 - график зависимости нагрузка-осадка по фиг. 1; фиг. 3 - то же, что и на фиг. 1 (вариант для раздельного испытания сваи и фрагмента плиты ростверка); фиг. 4 - график зависимости нагрузка-осадка по фиг. 3; фиг. 5 - то же, что и на фиг. 1 (вариант для раздельного испытания сваи и фрагмента плиты ростверка и совместного испытания с помощью балочного элемента); фиг. 6 - график зависимости нагрузка-осадка по фиг. 5.
Элемент для статических испытаний свайно-плитного фундамента состоит из сваи 1, фрагмента плиты ростверка 2 по бетонной подготовке 3, уложенной по уплотненному грунту 4.
1. При проведении испытаний вдавливающей нагрузкой комбинированного элемента, в котором голова сваи жестко или шарнирно соединена с фрагментом плиты ростверка. В этом случае испытания проводят до заданной осадки S, но не менее 0,2 от допустимой осадки для здания, сооружения Sdop. (см. фиг. 2) и получают значение несущей способности по грунту Fd комбинированного элемента (фиг. 1, 2).
2. Проводят последовательно испытание фрагмента плиты ростверка нагрузкой Р1, в центре которого выполнено отверстие, образующее зазор, отделяющий сваю от фрагмента плиты ростверка, а затем испытание сваи нагрузкой Р2. В этом случае испытание фрагмента плиты ростверка и затем сваи проводят также до общей заданной осадки S, но не менее 0,2 от допустимой осадки для здания, сооружения Sdop. (см. фиг. 4). Получают значения несущей способности по грунту отдельно фрагмента плиты ростверка Fd1 и сваи Fd2. Несущая способность составного комбинированного элемента будет равна сумме несущих способностей двух составляющих его элементов Fd=Fd1+Fd2 (фиг. 3, 4).
3. Проводят испытание фрагмента плиты ростверка частью расчетной нагрузки Р3 с измерением его осадки S3 с помощью балочного элемента 5. Затем устанавливают вкладыш 6 на сваю 1 и загружают вместе и фрагмент и сваю нагрузкой Р4 до заданной осадки S4, но не менее 0,2 от допустимой осадки для здания, сооружения Sdop. (см. фиг. 6). Получают значение несущей способности по фунту составного комбинированного элемента Fd4 при заданной начальной нагрузке на фрагмент плиты ростверка Р3 (фиг. 5, 6). Так как плита ростверка, как правило, объединяет группу свай, фрагмент плиты ростверка в плане принимают с размерами соответствующими площади, приходящейся на одну сваю и равными расстоянию между осями свай, но не более 3-х диаметров сваи (см. СП-24.13330.2011, п. 13). В том случае если расстояния между сваями или кустами свай превышают 3 диаметра, размеры фрагмента плиты ростверка в запас несущей способности комбинированного элемента также принимают равными 3-м диаметрам. В тех случаях, когда расстояние между буронабивными сваями диаметром, равным или более 500 мм, принято менее 3-х диаметров, сторона фрагмента принимается равной диаметру сваи плюс 1,0-1,1 м.
Основание под фрагмент плиты ростверка (уплотненный фунт, бетонная подготовка и т.п.) выполняют так же, как и основание под будущую плиту ростверка.
Способ статических испытаний заключается в следующем.
Вариант 1. Первоначально устраивается свая, затем в соответствии с проектом плиты ростверка устраивается его фрагмент, жестко или шарнирно соединенный со сваей. После этого на полученный комбинированный элемент передают ступенчато возрастающую нагрузку Р до достижения осадки, предусмотренной нормами и проектом, но не менее 0,2 от допустимой осадки для здания, сооружения (фиг. 1, 2). По полученной зависимости «нагрузка-осадка» определяют несущую способность по грунту Fd комбинированного элемента. Нагрузку, воспринимаемую фрагментом плиты ростверка, можно получить из сопоставления результатов испытаний комбинированного элемента и одиночной сваи.
Вариант 2. В этом варианте свая и фрагмент плиты ростверка испытываются раздельно, для чего фрагмент плиты ростверка выполнен с отверстием при его изготовлении и отделен от сваи (фиг. 3). Первоначально нагружают фрагмент плиты ростверка до достижения осадки, предусмотренной нормами и проектом, но не менее 0,2 от допустимой осадки для здания, сооружения. В этот момент измеряется нагрузка и фиксируется осадка фрагмент плиты ростверка вкладышами между ним и упорными балками. Затем до той же осадки нагружают сваю. По полученным зависимостям «нагрузка-осадка» определяют несущую способность составного комбинированного элемента как сумму несущих способностей фрагмента плиты ростверка и сваи Fd=Fd1+Fd2 (фиг. 4). В процессе испытаний параллельно измеряются осадки фрагмент плиты ростверка и сваи от нагрузки, переданной на нее через грунт от фрагмента плиты ростверка.
Сопоставление результатов с испытанием одиночной сваи позволяет уточнить разницу между несущей способностью комбинированного элемента и одиночной сваи.
Вариант 3. В этом варианте также свая и фрагмент плиты ростверка отделены друг от друга и испытываются в два этапа. На первом этапе загружается фрагмент плиты ростверка до заданной расчетной части нагрузки от здания, сооружения Р3 с измерением и фиксацией его осадки S3. Затем на втором этапе через балочную конструкцию совместно загружают фрагмент плиты ростверка и сваю нагрузкой Р4 до конечной осадки, предусмотренной нормами, проектом и программой испытаний, но не менее 0,2 от допустимой осадки для здания, сооружения. Таким образом, получают значение несущей способности по грунту составного комбинированного элемента Fd4 при заданной начальной нагрузке на фрагмент плиты ростверка Р3 (фиг. 5, 6). В процессе испытаний также параллельно измеряются осадки фрагмента плиты ростверка и сваи от нагрузки, переданной на нее через грунт от фрагмента плиты ростверка.
Предлагаемый способ статических испытаний комбинированного элемента, включающего сваю и фрагмента плиты ростверка, в одном из вариантов, позволяет более достоверно, чем расчетным путем, установить несущую способность сваи и плиты ростверка при совместной работе. Обоснованно, как показал опыт строительства 49-этажного здания на участке ММДЦ Москва-Сити, на 20-40% сократить количество свай, снизить материалоемкость и себестоимость фундаментов. Кроме того, предлагаемый способ позволяет вести проектирование комбинированных свайно-плитных фундаментов не только специализированным научным, но и рядовым проектным организациям, что заметно расширит область их практического применения.