Випробування паль: в яких випадках необхідно, застосовувані методи

При складанні проекту будь-якого будинку, крім усього іншого, слід визначитися і з тим, яким буде його фундамент. Різновидів підстав для будівель існує кілька. При цьому самим надійним типом фундаменту вважається пальовий. Зводять такі конструкції зазвичай на грунтах зі слабкою несучою здатністю. При цьому палі заглиблюються в землю до досягнення щільних шарів. Подібне рішення дозволяє надати будівлі максимальну стійкість і повністю виключає можливість зрушень, а отже, і руйнування несучих конструкцій. Перед зведенням підстав цього типу часто проводиться така процедура, як випробування паль. Виконується такий захід з дотриманням визначених Дбн та ДСТУ нормативів.

Що являє собою пальовий фундамент

Вперше основа цього типу було споруджено під будинком 1838 році. Використовувався такий фундамент спочатку тільки при будівництві будинків на воді і болотистих ділянках. Пізніше палі почали ставити під будинками в зоні вічної мерзлоти і просто на не надто міцних грунтах. В наш час фундаменти цього типу можуть зводитися в тому числі і на схилах. В основі конструкції такої підстави лежать довгі опори, власне і звані палями, сполучені горизонтальним ростверком. Останній може являти собою як суцільну бетонну плиту, так і стрічку. У грунт опори, в залежності від їх конструкції, або забиваються, або вгвинчуються.

Плюси і мінуси пальових підстав

Палі, методи польових випробувань яких бувають різними, виготовляються тільки з дуже міцних матеріалів. Зазвичай це сталь або залізобетон. Основними достоїнствами пальових фундаментів є:

можливість використання на нестійких грунтах;

можливість проведення робіт при будь-яких погодних умовах;

відносно низька вартість;

висока ступінь надійності.

Крім усього іншого, до плюсів таких фундаментів відносять і те, що зведені на них будівлі практично не дають усадки. Недоліків у пальових підстав дуже мало. Але вони все ж таки, звичайно ж, є. До мінусів таких фундаментів відносять у першу чергу:

необхідність використання спецтехніки при зведенні;

неможливість облаштування під будівлею цокольного поверху.

Основні технології визначення несучої здатності

Перед зведенням фундаменту проектуючій організації, крім усього іншого, слід визначитися з такими параметрами, як діаметр і довжина паль. Опори повинні в першу чергу, звичайно ж, надійно утримувати споруду. Але при цьому під час зведення фундаменту слід постаратися також і уникнути непотрібних витрат. Для того щоб дізнатися в точності, яким саме запасом міцності відрізняється та чи інша опора, можуть використовуватися різні способи:

математичний розрахунок з урахуванням вимог СНиП;

статичне випробування буронабивних паль і сталевих;

динамічне випробування.

Останні дві методики по-іншому називають випробуванням ґрунтів палями. Проводити такі процедури можна на будь-яких етапах будівництва — під час вишукувань, при проектуванні, при зануренні самих опор і т. д. У більшості випадків при визначенні несучої здатності опор проводяться одночасно і розрахунок їх опору за формулою, і випробування. Далі за основу приймається найменше з отриманих значень. Це дозволяє в кінцевому підсумку звести максимально надійний фундамент. Конкретні методи випробування палі в польових умовах зазвичай вибираються в залежності від складу грунту.

Формула за СНиП

Ця методика визначення ступеня опору палі навантажень є найпростішою і при цьому найменш точною. Виглядає формула розрахунку міцності опори наступним чином: Fdu= R*A + u*? ?cf•fi•h, де:

R - опір грунту того чи іншого складу під підошвою (визначається по таблиці);

A — площа основи палі;

fi — середнє значення опору бічній поверхні опори (залежить від матеріалу виготовлення);

u — периметр перерізу палі;

hi — товщина шару грунту.

Для буронабивної палі, діаметр якої може доходити до 1.5 м, а довжина — до 40 м при будівництві будинку на глинистому грунті ці параметри будуть мати такі значення:

R для глинистого ґрунту – 794 кПа.

А = ?•d2/4 = 314 * 08/4 = 05 м2.

u = ?•d = 314 * 08 = 25 м.

? ?cf•fi•hi = 222 (визначається за допомогою табличних значень fi і hi).

Підставивши ці дані в формулу, можна отримати такий результат Fdu = 794 * 05 + 25 * 222 = 952 кН = 952 т.

Коли необхідні статичні випробування паль

Ця методика дозволяє визначити несучу здатність опор максимально точно. Однак обходяться статичні випробування зазвичай досить-таки дорого. Також недоліком цієї технології вважається те, що вона займає дуже багато часу. Від початку проведення робіт до отримання конкретного результату при використанні такої методики зазвичай проходить не менше тижня. Але частіше цей часовий проміжок буває ще більш тривалим. Проводяться статичні випробування зазвичай тільки у разі особливої необхідності. Наприклад, при зміцнення фундаментів при загрозі обвалення будівель старої споруди. Також за цією технологією часто перевіряються глинисті грунти. Методи польових випробувань палями на таких ділянках можуть використовуватися різні, в тому числі і динамічні. Але статичні дають все ж найбільш достовірний результат. Те ж саме стосується і насипних грунтів (з будівельного сміття) або лесів.

Яким чином проводяться статичні випробування: загальна схема

Визначають несучу здатність паль за цієї технології шляхом моделювання механізму їх роботи на спеціально відведеному майданчику — з найгіршими для даного конкретного об'єкта ґрунтовими умовами. Це дозволяє отримати максимально точний результат. Проводяться польові випробування ґрунтів палями по статичної технології в кілька етапів. Спочатку опори забиваються в землю до умовного рівня. Потім їм дають вистоятися протягом 3-20 днів, в залежності від складу землі. Це необхідно для того, щоб у грунті відновилися структурні зв'язки. Далі випробувану палю поетапно (ступенями), також з вистоюванням, навантажують, кожного разу вимірюючи осадку з допомогою спеціальних інструментів. В талих грунтах загальна тривалість цієї процедури становить зазвичай близько 2-х днів, у вічній мерзлоті — приблизно 10. Необхідна навантаження при випробуванні паль може створюватися з використанням установок:

з гідравлічним домкратом, анкерними палями і системою балок;

з вантажною платформою, що використовується в якість упору для домкрата;

з тарованим вантажем;

комбінованих.

Крім цього, статичні випробування паль можуть проводитися з використанням висмикують навантажень. В даному випадку в якості основного обладнання застосовуються домкрати.

Підготовчі заходи

Починати роботи по визначенню несучої здібності по статичній методикою, згідно з нормативами, можна тільки після того, як міцність бетону паль досягне 75 %. Опори попередньо оглядаються на предмет наявності відколів та інших дефектів. До випробувань допускаються тільки якісно виготовлені палі. При необхідності їх голови підсилюють з використанням зовнішньої обойми. Відколи в деяких випадках допускається закладати цементно-піщаною сумішшю. Одну з паль перед проведенням випробувань готують як еталонної. Перед забиванням її, крім усього іншого, перевіряють на прямолінійність. Також уважно оглядають місця її стикування на предмет зношеності. Відхилення по прямій у таких опор, згідно з нормативами, не повинні перевищувати 10 мм по всій довжині в кожній з площин. Крім огляду, випробування паль передбачає проведення такого виду підготовчих робіт, як насичення ґрунту вологою. Адже земля під будинком в подальшому сухою буде далеко не завжди. А отже, і навантаження на палю може виявитися вищою, ніж у звичайних умовах. Для зволоження грунту при випробуваннях по периметру майданчика викопуються траншеї шириною 0.5 м і глибиною 1-1.5 м. Іноді також буряться свердловини (зазвичай в кількості 3-х штук). Їх діаметр найчастіше становить 20 див. Розташовують свердловини також на краю майданчика. Під час проведення випробувань стежать за тим, щоб рівень води в шахтах і траншеях залишався постійним. Мінімальний час замочування ґрунту СНиП визначають як 24 години на кожен метр глибини. Однак цей показник може змінюватися в залежності від складу землі.

Особливості технології

Виконуючи власне самі польові випробування паль статичні, стежать за тим, щоб вертикальна навантаження була максимально відцентрована. Осідання на кожному ступені вимірюють з допомогою індикаторів погодинного типу з ціною поділки 001 мм. При зануренні паль в грунт неминуче виникають різного роду реактивні зусилля. Через систему блоків вони передаються на анкерні палі, які є опорами використовуваної для створення навантаження установки. Контроль за цими елементами здійснюється за допомогою погодинних індикаторів. Згідно з нормативами, максимально допустиме значення їх висмикування становить 0.2 див. Свідчення всіх встановлених приладів в обов'язковому порядку знімаються на кожному ступені проведення випробувань. Далі вони реєструються у спеціальному журналі.

Час відпочинку опор згідно ГОСТ

Як вже згадувалося, перед проведенням кожного етапу випробувань палі належить вистоювати. Час відпочинку опор визначає ГОСТ. Випробування ґрунтів палями по статичної технології виконується з урахуванням їх складу. Які саме в даному випадку існують співвідношення, можна дізнатися із таблиці, поданій нижче. Час відпочинку паль при випробуваннях

Тип ґрунту



Час відпочинку (добу)



Крупнообломочний або крупний пісок



1



Звичайні піщані



3



Глинистий грунт і різнорідні грунти



6



Піски, насичені водою



10

Визначають тип ґрунту на місці зведення будинку шляхом проведення лабораторних досліджень.

Динамічні випробування: в яких випадках проводяться

Перевагами цього способу є дешевизна і невеликі тимчасові витрати. Однак по точності одержуваних результатів динамічні випробування статичним поступаються. Проводять їх дуже часто і практично на всіх значимих об'єктах одночасно з виконанням математичних розрахунків несучої здатності паль. Обладнання при цьому в більшості випадків використовується той же, що і власне при виконанні робіт по зведенню фундаменту.

Динамічні випробування паль: загальна схема

По мірі занурення палі в грунт відбувається ущільнення останнього. Проявляється це в тому, що одночасно із заглибленням вістря зменшується відмова палі. В кінцевому підсумку опора і зовсім припиняє входити в грунт. Динамічний метод розрахунку, по суті, являє собою спробу пов'язати величину відмови палі і її несучу здатність. У загальному вигляді це виражається у формулі: G*H=Fu•Sa+G*h+?•G•H, де:

G*H — робота молота;

Fu•Sa — робота на занурення;

?•G•H — робота на непружні деформації;

G•h — робота на пружні деформації;

Sa — відмова палі в метрах;

Fu — граничний опір опори навантаження (кН);

А — коефіцієнт перетворення частини енергії в теплову.

Параметр Sa визначається зазвичай як середнє значення занурення палі при серії ударів (від 4 до 10). Вимірюють відмова випробовуваних опор за допомогою різних пристосувань (отказомера, рулетки, мірної лінійки). Випробування ґрунтів палями динамічне повинно проводитися з використанням досить важкого молота. Справа в тому, що зі збільшенням його ваги зростає і точність розрахунку. При проведенні випробувань фіксуються:

кількість ударів молота;

величина відмов після занурення до заданої позначки;

коефіцієнт засмоктування (відношення відмови при забиванні до відмови при добивке).

Особливості проведення динамічних випробувань на різних видах грунту

Пісок при застосування такої технології в міру забивання паль рівномірно ущільнюється. На глинистих грунтах ж спостерігається зовсім інша картина. Спочатку, як і в піску, відбувається поступове зменшення відмов. Але з певної глибини цей показник змінюватися припиняє. Іноді навіть спостерігається збільшення відмов. У зв'язку з цим може скластися враження, що забивання паль не дає підвищення їх несучої здатності. Однак це, звичайно ж, не так. Зменшується опір глини насамперед через її ударного розрідження. Саме з-за цього ефекту польові випробування ґрунтів палями на таких ділянках прийнято проводити статичним методом. У деяких випадках можна використовувати і динамічний. Але при цьому після розрідження грунту слід зробити перерву в роботі на тиждень-іншу. На піщаних ділянках під час динамічних випробувань іноді спостерігається зворотний ефект. Після перерви в забиванні паль на деякий час, відмови починають збільшуватися. Пов'язано це насамперед з переуплотнением грунту під вістрям палі. У зв'язку з цим, за нормативами динамічні випробування на піщаних ділянках проводиться через три доби після забивання паль, а на глинистих — через 6 днів.

Про що варто знати

Динамічне випробування паль в певних ситуаціях може показувати або занадто завищений результат несучої здатності, або навпаки — занижений. Пов'язано це насамперед із шаруватою структурою грунту. Паля може прорізати щільний шар і увійти в більш пухкий або ж навпаки. На таких складних грунтах часто неточні результати показують навіть і статичні випробування. Саме тому перед початком проведення робіт на ділянці обов'язково слід проводити ретельні геологічні вишукування.

Чим слід керуватися

Проводиться випробування паль з дотриманням нормативів, встановлених наступними документами:

ГОСТ 5686-96 «Ґрунти. Методики випробувань палями»;

СНиП 20203-85 «Пальові фундаменти»;

СНиП 30202-87 «Підстави, земляні споруди, фундаменти»;

СП 50-102-203 «Улаштування і проектування пальових фундаментів»;

ГОСТ 25258-82 «Метод польового визначення температури»;

Міждержавний стандарт до проведення геологічних вишукувань (Білорусь, Казахстан, РФ).

Перед проведенням статичних випробувань складаються технічне завдання, проект виконання робіт, а також кресляться план будівельного майданчика та її геологічний розріз. По закінченні всіх польових робіт і після проведення математичних витрат визначаються оптимальні діаметр і довжина паль.