Как меняется несущая способность сваи через неделю

Как меняется несущая способность сваи через неделю

Многочисленные лабораторные и полевые исследования свидетельствуют об увеличении несущей способности свай, погруженных в глинистое основание во времени (Бартоломей А.А. и др., 1994). Однако сведения об изменении несущей способности свай приводятся, как правило, для относительно короткого промежутка времени, исчисляемого несколькими месяцами. В Санкт-Петербурге возникла уникальная возможность оценить несущую способность свай через 18 лет после их погружения.

Строительство производственного корпуса, подлежащего перепрофилированию, было начато в 1979 г. и прервано более чем на 15 лет. В процессе строительства было устроено свайное основание из забивных железобетонных свай сечением 35´ 35 см длиной 8 м, возведена часть каркаса с устройством колонн, ферм и плит покрытия. В 1997 г. было решено изменить конструктивную схему и функциональное назначение здания с частичной разборкой наземных конструкций, возведением новых конструкций на сваях существующего свайного основания и на дополнительно устраиваемых сваях.

Схематический план площадки строительства и один из геологических разрезов представлены на рис. 1, 2.

В пределах приведенных разрезов площадка строительства имеет абсолютную отметку дневной поверхности +14. +15 м. С поверхности площадка образована слоем насыпного грунта мощностью до 3 м, состоящего из песков, супесей и суглинков со строительным мусором. Позднеледниковые отложения мощностью до 1 м в виде ожелезненных пылеватых суглинков встречаются локально между насыпным слоем и ледниковыми пылеватыми суглинками, имеющими консистенцию от мягкопластичной до тугопластичной. Основная часть ледниковых суглинков, тяготеющая к подошве слоя, имеет тугопластичную консистенцию. Под ними залегают полутвердые слоистые кембрийские глины, кровля которых находится на отметке не выше +3 м БС, т.е. на глубине не менее 12 м от дневной поверхности. Физико-механические характеристики грунтов приведены в табл. 1. Уровень грунтовых вод находится на глубине 0,7. 0,9 м.

Расположение свай в плане приведено на рис. 3. Всего на площадке проведено 10 статических испытаний свай. В 1979 г. институтом «Фундаментпроект» выполнены испытания 8 свай, и в 1997 г., т.е. через 18 лет после погружения, АОЗТ ПКТИ проведено испытание 2 свай.

Рис. 1. План площадки строительства

Рис. 2. Разрез I-I

Физико-механические характеристики грунтов

Рис. 3. План размещения опытных свай

Проанализируем результаты этих испытаний. Величину предельного сопротивления сваи по графикам зависимости осадки сваи от вертикальной нагрузки (рис. 4) найдем как нагрузку, под действием которой свая получит осадку, равную 2 см.

Рис. 4. Результаты статических испытаний свай

Примечания: №1(8 сут) — номер сваи, испытанной в 1979 г. (в скобках — время «отдыха» сваи);

№1н — сваи, испытанные в 1997 г.

Рис. 5. Зависимость предельного сопротивления F_u от времени «отдыха» сваи

Рассматривая результаты испытаний (рис. 5), заметим, что они проведены через различные промежутки времени. По данным испытаний, проведенных через первые 8. 26 суток после забивки, предельное сопротивление сваи составляло 330. 480 кН. Испытания, проведенные во временном интервале 70. 78 суток после забивки, показали, что предельное сопротивление сваи составляет 265. 320 кН. При сходстве инженерно-геологических условий в местах расположения испытанных свай (за исключением зоны распространения слоя №4 ниже отметки острия свай, показанной на рис. 3) такое снижение предельного сопротивления свидетельствует о нарушении природной структуры грунта, спровоцированном забивкой вблизи с опытными сваями ряда рабочих свай. Заметим, что при длительном «отдыхе» сваи (в течение нескольких лет) возрастает длина начального практически горизонтального участка кривой «нагрузка-осадка», получаемой при испытании свай (см. рис. 4), что также свидетельствует о нарушении природной структуры грунта при забивке свай и восстановлении структуры в результате длительного «отдыха».

Дальнейший «отдых» способствовал восстановлению структурных связей в глинистом грунте, перемятом при забивке свай. Об этом свидетельствуют испытания, проведенные через 240 суток и через 18 лет. Предельное сопротивление сваи через 240 сут и через 18 лет по отношению к минимальным значениям (в момент времени t=70. 78 сут) возросло, соответственно, в 1,4 раза (до 370. 450 кН) и в 1,6. 2,0 раза (до 420. 630 кН. Более низкое значение предельного сопротивления сваи №1н может быть связано с залеганием слоя №4 ниже ее острия).

Таким образом, если предельное сопротивление свай после их погружения в составе свайного поля должно приниматься равным 265 кН (минимальное значение согласно требованиям СНиП 2.02.03-85), то по истечении 18 лет предельное сопротивление можно было принять равным 420 кН, т.е. в 1,6 раза выше первоначального значения.

Оценивая результаты испытаний свай, можно сделать следующие выводы.

1. Устройство свайного поля из забивных свай приводит к нарушению природной структуры глинистых грунтов и, соответственно, к снижению несущей способности свай по сравнению с одиночной сваей примерно на 20-30%.

2. Длительный «отдых» забивных свай приводит к восстановлению природной структуры грунта и увеличению несущей способности свай (до двукратного значения в течение 18 лет по отношению к несущей способности свай после их массовой забивки).

1. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов /Под ред. А.А.Бартоломея. — М.: Стройиздат, 1994. — 384 с.

Прогноз увеличения во времени несущей способности свай

Табабилов, Р. Р. Прогноз увеличения во времени несущей способности свай / Р. Р. Табабилов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 21 (259). — С. 148-150. — URL: https://moluch.ru/archive/259/59701/ (дата обращения: 21.08.2023).

В статье поставлена цель изучить этапы увеличения несущей способности свай под длительной нагрузкой во времени. В статье рассмотрены испытания свай под длительной нагрузкой и определение изменения несущей способности свай. Проведен сравнительный анализ параметров после забивки свай во времени. В результате анализа выявлены принципы увеличения несущей способности.

Ключевые слова: забивные сваи, несущая способность, нагрузки, отдых.

Многочисленные лабораторные и полевые исследования показали, что по мере консолидации и тиксотропного упрочнения глинистых грунтов происходит увеличение несущей способности свай во времени.

С целью изучения закономерностей увеличения несущей способности свай во времени при их работе в глинистых грунтах были проведены статические испытания свай длиной 5–12 м на специальных экспериментальных площадках. Испытания проводились в глинистых грунтах мягко- и тугопластичной консистенции, в некоторых случаях с прослойками текучепластичной консистенции. «Отдых» сваям давался от 1 до 55–60 сут. Была испытана 91 свая.

На рис. 1, а приведены графики «осадка-нагрузка» одиночных свай и на основе этих графиков построена кривая изменения несущей способности одиночных свай в зависимости от времени (рис. 1, б), которая показывает, что первые 6 суток происходит быстрый рост восприятия нагрузки сваи, а к 20–25 сут этот рост затухает. Испытания фундамента из четырех модельных свай, забитых на той же площадке, проводились в том же порядке, так же построены графики «нагрузка-осадка» в зависимости от сроков испытания (рис. 2, а) и на основе этих графиков построена кривая изменения несущей способности свайных фундаментов во времени (рис. 2, б). Если ее сопоставить с кривой (см. рис. 2, б) изменения несущей способности одиночной сваи, то можно заметить, что они подобны, только у куста время увеличения несущей способности больше.

Рис. 1. Результаты статических испытаний одиночных свай(а) и изменение их несущей способности во времени (б). 1- сразу после забивки; 2,3,4,5,6 — после забивки соответственно через 6,14,21,28,45 сут.

При сопоставлении этих кривых установлено, что у фундаментов с количеством свай 9, 16, 25 наблюдается скачкообразный рост несущей способности во времени. Первоначально в течение 6–7 сут. происходит резкое увеличение несущей способности, а затем наступает спад роста, который продолжается приблизительно неделю у куста из 9 свай и около 10–11 сут. у фундамента из 25 свай. Эту часть кривой мы назвали «площадкой текучести», так как время идет, а увеличение несущей способности почти не происходит. После периода спада наступает период повторного интенсивного увеличения несущей способности, который продолжается приблизительно 6–7 сут. у куста из 9 свай и 10–11 сут. у фундамента из 25 свай.

Затем происходит медленное затухание роста несущей способности и полностью заканчивается у фундаментов из 9 свай к 40–45 сут и к 60–100 сут у фундаментов из 16–25 свай.

Появление «площадки текучести» объясняется разностью скоростей рассасывания дополнительного порового давления в межсвайном и околосвайном пространстве. Первоначально в течение 6–8 сут. рассасывается дополнительное поровое давление в околосвайном пространстве, что приводит к мгновенному увеличению силы трения по наружным граням угловых и средних свай крайних рядов фундамента [1].

Само по себе время длительного «отдыха» сваи не является очевидным фактором, влияющим на увеличение несущей способности сваи. В то же время для свай, работающих в нагруженной конструкции, отмечается однозначное увеличение несущей способности по сравнению с одиночной. Это можно объяснить следующим:

1. Известно, что повторное нагружение свай вызывает меньшее приращение осадок, чем первичное нагружение. В процессе погружения свай в свайном поле часто наблюдается выпор ранее погруженных свай, в связи с чем под острием сваи грунт имеет более низкие механические характеристики, чем природный. Первичное нагружение сваи приводит уплотнению или выдавливанию этого прослойка и погружению острия сваи до природного слоя грунта. Если свая не получила выпора, первичное нагружение вызовет уплотнение слоя грунта под острием. В связи с этим повторное нагружение производится в грунте с более высокими механическими характеристиками. Испытания же свай в конструкциях и представляют собой повторное нагружение, причем в течение более длительного времени первичного нагружения, когда реализуются осадка сваи и уплотнение грунта, большие, чем при относительно кратковременных статических испытаниях.
2. При нагружении основания весом здания в нем создается напряженное состояние, вызывающее увеличение горизонтальных напряжений на боковую поверхность свай по сравнению с природными горизонтальными напряжениями и приводящее к увеличению сил трения по боковой поверхности. Проблема прогноза изменения несущей способности свай, испытывавших внешнюю нагрузку в течение длительного времени, остается открытой и актуальной и требует проведения специальных исследований. Не исключено, что в процессе исследований окажется, что отпадает необходимость оценки несущей способности таких свай и проектирование оснований сооружений при изменении нагрузок следует выполнять только по второй группе предельных состояний [2].

Увеличение несущей способности происходит по причине, что при устройстве свай в водонасыщенные глинистые грунты появляются дополнительные сдавливания в поровой воде, возникает разрушение структурной взаимосвязи скелета грунта. С течением времени наблюдается релаксация напряжений, поровое давление падает, а давление в скелете грунта возрастает до стабилизированных значений. Одновременно начинается тиксотропное упрочнение грунта. Оно вызвано развитием в грунте новых структурных связей вследствие увеличения их количества в единице объема при сжимание грунта сваями и слеживание грунта под воздействием возникших напряжений.

Меняется ли несущая способность свай при их повторной загрузке?

Если поменяли проект, то наверное и экспертизу будете повторно проходить.
Экспертиза запросит данные изысканий, а у вас срок их действия закончился.

п.6.1.7 табл. 6.1 СП 47.13330.2016

PS. Не внимательно прочитал. Теоретически можно и эти, но я бы забил пару новых.

если будет экспертиза, то нужна актуализированная геология от геологов, фактически перепечатка с новой датой. хотя в вопросе про стадию П ничего нет, зачем подняли этот вопрос не понятно.
по н.с. свай — в глинистых грунтах происходит стабилизация грунтов со временем и н.с. возрастает.
в песчаных происходит релаксация и н.с. падает, но испытания проводятся после отдыха, т.е. уже после релаксации и после основной стабилизации.

никаких новых испытаний не нужно. вообще странное предложение — снова испытать сваи. кто то там явно преследует свои корыстные интересы.

Совершенно верно!
Однако может измениться схема передачи нагрузок на эти грунты и несущая способность грунтов будет использована не полностью.

Надо посмотреть есть ли в геологическом разрезе толща пучинистых грунтов.

Если свайное поле не было законсервировано, то морозным пучением могло поднять сваи. Этого возможно будет достаточно для того, что бы грунт под нижним концом разуплотнился. Как следствие может снизится несущая способность сваи.

11.2. Взаимодействие свай с окружающим грунтом

Взаимодействие свай с окружающим грунтом носит сложный характер и зависит как от процессов, происходящих в грунте при устройстве свайных фундаментов, так и при их работе под действием эксплуатационных нагрузок. Эти процессы оказывают влияние на несущую способность и осадки свайного фундамента, от их правильного учета во многом зависит

точность расчета и экономическая эффективность применения свай.

Процессы, происходящие в грунте при устройстве свайных фундаментов, по данным исследований В. Н. Голубкова, А. А. Луги, Б. И. Далматова и др., зависят от типа свай, грунтовых условий, технологии погружения и изготовления свай и т. п. Так, сплошная свая при погружении вытесняет объем грунта, равный ее объему, в результате чего грунт около сваи уплотняется, а часть его вытесняется вверх, вызывая подъем поверхности грунта вокруг свай. В рыхлых песках и песках средней плотности, а также в ненасыщенных водой глинистых грунтах, уплотнение которых протекает быстро, перемещение грунта вверх незначительно и приводит лишь к небольшому подъему поверхности грунта. В водонасыщенных глинах и суглинках уплотнение происходит только в результате отжима воды из пор грунта и, поскольку этот процесс протекает медленно, за время погружения свай грунт не успевает уплотняться и большая его часть вытесняется вверх, что сопровождается значительным подъемом поверхности грунта в пределах свайного поля.

Зона уплотнения грунта вокруг забивных свай сплошного сечения имеет радиус порядка трех диаметров сваи. Откопка опытных свай показала, что эта зона неоднородна: непосредственно около сваи грунт имеет нарушенную структуру и сильно уплотнен, по мере удаления от сваи структура и плотность грунта приближаются к естественной. Под нижним концом сваи зона уплотненного грунта имеет форму, близкую к сферической, и распространяется на глубину до 3. 4 диаметров сваи. Если по проекту нижние концы сваи забиваются в плотные пески, то, как показали опыты X. Кишиды (Япония) и А. В. Пилягина, наблюдается обратное явление :— разуплотнение грунта.

Учитывая явление уплотнения грунта при погружении свай, рекомендуют такую последовательность их забивки. Во всех случаях, а в плотных грунтах особенно, забивку следует вести от середины свайного поля к его периметру. Если это правило не соблюдается, средние сваи не всегда удается погрузить до заданной глубины из-за сильного уплотнения грунта, вызванного забивкой предыдущих свай.

При забивке полой сваи образовавшаяся уже в начале погружения грунтовая пробка приводит к формированию конусообразного грунтового ядра, играющего роль заострения сплошной сваи. В результате характер деформации грунта вокруг полой сваи будет таким же, как и вокруг сплошной. Если в процессе погружения грунт удаляется из полой сваи, уплотнение окружающего грунта будет незначительным и он сохранит структуру, близкую к природной.

В случае свай, изготовленных на месте, процессы, происходящие в грунте, зависят от применяемой технологии. Если при устройстве скважины используется бурение, это не приводит к изменению плотности и структуры грунта вокруг свай. Если же скважина

формируется внедрением инвентарной трубы или каким-либо другим способом, сопровождающимся отжатием грунта в стороны, то характер деформации грунта вокруг сваи будет примерно таким же, как и вокруг сплошной сваи.

Как показала практика, изменение структуры и плотности грунта при забивке свай может сопровождаться временным увеличением или уменьшением сопротивления сваи ее погружению. Здесь большое значение имеют не только свойства самого грунта, но и способы погружения сваи.

Как правило, при забивке свая сначала погружается в грунт очень легко и быстро. По мере погружения возрастают силы трения по ее боковой поверхности и сопротивление грунта под нижним концом. В результате скорость погружения замедляется. При молотах ударного Действия скорость погружения сваи принято характеризовать величиной ее погружения от одного удара, называемой отказом сваи. По величине отказа, который замеряется при достижении сваей проектной отметки, можно судить о ее сопротивлении, поскольку чем меньше отказ, тем, очевидно, больше несущая способность сваи. Однако для правильной оценки несущей способности сваи по величине отказа следует учитывать ряд специфических процессов, происходящих в окружающем грунте при ее забивке.

При забивке свай в маловлажные пески плотные и средней плотности под нижним концом сваи образуется переуплотненная упругая зона, препятствующая погружению, что приводит к быстрому уменьшению отказа свай вплоть до нулевого значения и дальнейшая попытка забить сваю может привести к разрушению ее ствола. Если прекратить забивку, то через некоторое время в результате релаксации напряжений сопротивление грунта под нижним концом сваи снизится. Поэтому, если через несколько дней снова возобновить забивку, свая опять начнет легко погружаться в грунт.

Описанное явление носит название ложного отказа, время, необходимое для релаксации напряжений, называется отдыхом сваи, а отказ, определенный после отдыха сваи и характеризующий ее действительную несущую способность,— действительным отказом.

Продолжительность отдыха для песчаных грунтов составляет 3. 5 сут.

Образования переуплотненной зоны грунта, препятствующей погружению сваи, можно избежать применяя молоты двойного действия или вибропогружатели. При сотрясениях грунта, вызываемых частыми ударами молотов двойного действия, уплотненная зона грунта под нижним концом сваи практически не образуется, а при вибрации, создаваемой вибропогружателем, резко снижаются силы внутреннего трения в песке и он становится подвижным, приобретая свойства жидкости.

При забивке свай в глинистые грунты часть связной воды переходит в свободную, грунт на контакте со сваей разжижается (тиксотропное разжижение структуры) и сопротивление погружению сваи снижается. Если прекратить забивку, то через некоторое время структура грунта восстанавливается и несущая способность сваи значительно возрастает. Это явление называют засасыванием сваи. Практика показала, что для получения действительного отказа в глинистых грунтах необходим отдых сваи, продолжительность которого составляет для супесей 5. 10 сут, для суглинков — 15. 20 сут, для глин—25. 30 сут и более.

Тиксотропные явления при забивке свай в глинистые грунты можно в значительной мере снизить, если погружение производить молотами одиночного действия с большим весом ударной части и небольшой частотой ударов.

При погружении свай в гравелистые и не насыщенные водой глинистые грунты отдых сваи мало влияет на величину отказа, т. е. не приводит к изменению несущей способности сваи.

Процессы, происходящие в грунте при работе свай под нагрузкой, не менее сложны, особенно в случае висячих свай.

Известно, что вертикальная нагрузка, воспринимаемая висячей сваей, передается на грунт через ее боковую-поверхность и нижний конец. В результате в грунте вокруг сваи возникает напряженная зона, имеющая сложное криволинейное очертание (рис. 11.10, а). Эпюра вертикальных нормальных напряжений о; на уровне нижнего конца свай имеет выпуклую форму. Принято считать, что напряжения о-г распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая которого составляет со сваей угол х, зависящий от сил трения грунта по ее боковой поверхности.

При редком расположении свай в кусте напряженные зоны грунта вокруг них не пересекаются и все сваи работают независимо, как одиночные. При небольшом расстоянии между сваями (как показали опыты, менее 6(1, где б? — диаметр сваи) происходит наложение напряжений, вследствие чего давление на грунт в уровне нижних концов свай возрастает (рис. 11.10,6). Одновременно с увеличением давления под кустом свай формируется и значительно большая по сравнению с одиночной сваей общая активная зона сжатия грунта. Вследствие этих двух причин при одинаковой нагрузке осадка сваи куста при совместной работе свай будет всегда заметно превышать осадку одиночной сваи.

Что касается несущей способности свай куста, то, с одной стороны, дополнительное уплотнение грунта, вызванное забивкой соседних свай, приводит к ее увеличению, а с другой —^осадка грунта межсвайного пространства в результате совместной работы свай и осадки грунта под подошвой ростверка приводит к ее уменьшению, поскольку снижаются силы трения по боковым поверхностям свай. Что в итоге больше скажется на несущей способности сваи куста, зависит от многих условий и не всегда легко прогнозируется. Однако опыт показывает, что в глинистых грунтах, а также мелких и пылеватых песках несущая способность сваи в кусте, как правило, уменьшается по сравнению с несущей способностью одиночной сваи, а в песках крупных и средней крупности — увеличивается.

Описанные следствия совместной работы свай в кустах принято называть кустовым эффектом. Кустовой эффект проявляется не только при вертикальных, но и при других видах нагрузок на фундаменты, например горизонтальных. Влияние кустового эффекта на работу свайных фундаментов сложно, иногда противоречиво и требует тщательного экспериментального изучения.

Изменение начальных свойств грунтов при погружении свай, зависимость этих изменений от технологии устройства свайных фундаментов и используемого оборудования, взаимное влияние свай при их совместной работе в кустах, включение в ряде случаев в работу низкого ростверка и многое другое предопределили чрезвычайно сложный характер взаимодействия свай с грунтовым основанием, не поддающийся строгому математическому описанию. Поэтому для решения практических задач фундаментостроения действительные условия совместной работы свай и грунтового основания как единого комплекса заменяют расчетными схемами и моделями, содержащими различные упрощающие допущения и предпосылки. Естественно, что по мере накопления и обобщения опытных данных и совершенствования аналитических методов исследований применяемые в настоящее время на практике условные схемы и методы расчета развиваются. Это позволяет снизить заложенные в них «запасы на незнание», расширить область эффективного применения свай и сделать свайные фундаменты более дешевыми и конкурентоспособными по сравнению с другими типами фундаментов.