Несущая способность грунта основания свай трения, зависящая от сопротивления грунта под их нижним концом давлению и развивающегося по их боковой поверхности сопротивления грунта сдвигу, определяется по I группе предельных состояний различными методами. Широко известны следующие четыре метода: 1) практический с использованием таблиц СНиПа; 2) динамический; 3) статического зондирования; 4) испытания свай статической нагрузкой. Из них только последний метод позволяет получать непосредственно опытным путем значение несущей способности сваи. Остальные методы, являясь косвенными, дают относительно приближенные значения несущей способности, которые рекомендуется сравнивать с результатами контрольных испытаний свай статической нагрузкой.

Глубины погружения сваи и залегания отдельных слоев г для определения значений R и fi принимают от природного рельефа при срезке, подсыпке или намыве слоя толщиной не более 3 м или от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки, при срезке, подсыпке или намыве слоя толщиной от 3 до 10 м. В водотоках учитывают возможный размыв грунта.

При промежуточных значениях z для определения R и /»• по табл. 11.2 и 11.3 применяют интерполяцию. Для плотных песков значение /; увеличивают на 30%, а значение R принимают на 60... 100 % больше, чем указано в табл. 11.2, но не более чем на 20 МПа. Толщину слоев при членении толщи грунтов для определения fi принимают не более 2 м.

с При пирамидальных сваях СНиП 2.02.03—85 рекомендуют определять Fd в зависимости от деформационных и прочностных свойств грунтов.

Определение несущей способности свай с использованием таблиц СНиПа нельзя считать точным. Если ошибиться при нахождении /;. всего на 0,1, то результат, получаемый по формуле (11.4), может оказаться завышенным или заниженным иногда в 1,5 раза и более. В то же время значения wL и wP по ГОСТ 5183—77 определяются экспериментально довольно приблизительно. Кроме того, хотя табличные значения R и /,- установлены на основании корреляционной зависимости этих величин от значения h, тем не менее характерные особенности грунтов отдельных регионов не выявляются табл. 11.2 и 11.3. Поэтому це­лесообразно накапливать данные о значениях R и fi для грунтов районов массовой застройки с составлением таблиц региональных значений R и /;.

Динамический метод. Чем глубже погружается свая, забиваемая свайным молотом, тем больше сопротивление оказывает грунт ее внедрению. В результате от каждого удара получается все меньший и меньший отказ, который следует определять после «отдыха».

Динамические испытания свай после «отдыха» регламентированы ГОСТ 5686—78 и СНиП 2.02.03—85. Добивку свай после «отдыха» производят свайным молотом массой в 1,5...1,25 раза больше массы сваи, а при длинных сваях — молотом с массой не менее массы испытываемой сваи.

Работа, совершаемая при ударе свайного молота о голову сваи, GH (где G — масса ударной части молота; Я — высота его падения) расходуется на погружение сваи, на упругие деформа­ции системы молот — свая — грунт, частично на превращение механической энергии в тепловую и на разрушение головы сваи.

При малых значениях отказа (sa < 0,002 м) необходимо учитывать упругие деформации системы свая — грунт. Для этого с помощью отказомера замеряют упругий отказ sei и остаточный отказ sa.

Точность определения Fu по формулам (11.б) и (11.6) зависит от наличия упругой прокладки в наголовнике, которая должна быть предварительно обмята несколькими ударами той лее интенсивности, что и при определении отказа сваи.

Недостатком динамических испытаний является необходимость перехода от сопротивления сваи динамическому погружению к сопротивлению ее под действием статической нагрузки.

Метод статического зондирования. Метод статического зондирования позволяет оценивать сопротивление грунта погружению сваи как под нижним ее концом, так и по ее боковой поверх­ности. Для зондирования согласно ГОСТ 24942—81 в настоящее время применяют в основном три установки. В установке типа I,, у которой зондировочный стандартный конус переходит в штан­гу, трение по грунту развивается по всей ее длине, а в установках типа II и III трение по грунту развивается только в нижней части штанги,

Сопротивление грунта прониканию зонда не идентично сопротивлению грунта загружаемой свае, так как при внедрении зонда вокруг нее нарушается структура грунта, которая не может сразу восстановиться. По этой причине результаты статического зондирования насыщенных водой пылевато-глинистых грунтов не отражают работы свай, особенно в отношении трения боковой поверхности сваи о грунт. В то же время при песчаных грунтах и супесях результаты статического зондирования позволяют достаточно точно определять несущую способность свай. В остальных случаях, правильнее предварительно установить корреляционную зависимость между . нагрузкой, требующейся для погружения зонда, и несущей способностью свай.

Еще точнее Fu устанавливается испытанием натурных свай статической нагрузкой.

Метод испытания свай статической нагрузкой. Несущую спо« собность сваи при изысканиях можно определять путем испытания статической нагрузкой ее аналога (рис. 11.13, а), погружаемого в грунт или изготовляемого в грунте (как предусмотрено в проекте). Для приложения нагрузки на сваю на некотором расстоянии от нее (вне зоны напряженного состояния грунта, возникающего при забивке сваи) забивают или ввинчивают инвентарные анкерные сваи 5, на которых закрепляют упорную балку 2. Между балкой и головой испытываемой сваи поме­щают домкрат / и после отдыха передают на сваю нагрузку, обычно ступенями по 0,1...0,15 ожидаемой несущей способности, Каждую ступень нагрузки выдерживают до условного затухания осадки сваи, согласно ГОСТ 5686—78. После этого прикладывают следующую ступень нагрузки. По результатам эксперимента строят графическую зависимость (рис. 11.13,6). Иногда при некоторой нагрузке при осадке менее 20 мм происходит провальная осадка сваи — непрерывное погружение ее без затухания скорости осадки (кривая 4), В таком случае эта нагрузка и будет соответствовать частному значению предельного сопротивления сваи. Труднее решить вопрос о значении предельного сопротивления сваи, если ее осадка развивается в соответствии с кривой 5 (рис. 11.13,6).

Для рассматриваемого случая в СНиП 2.02.03—85 даны две рекомендации:

1. Для мостов и портовых гидротехнических сооружений принимают, что предельное сопротивление испытываемой сваи при вдавливании соответствует нагрузке, на одну ступень меньшей нагрузки, при которой приращение осадки за одну ступень загружения (при общей величине осадки более 40 мм) превышает в 5 раз и более приращение осадки, полученное за предшествующую ступень загружения;

осадка не затухает в течение суток и более (при общей величине ее более 40 мм).

При таком подходе расчет свайных фундаментов, который производится по первой группе предельных состояний (по прочности или устойчивости), связан с расчетом по второй группе предельных состояний (по деформациям). В этом случае предельное сопротивление свай на одной и той же строительной площадке при одних и тех же грунтовых условиях под неодинаковыми по конструкции сооружениями получается различным.

Предельное сопротивление сваи должно характеризоваться предельным сопротивлением сдвигу ее боковой поверхности по грунту и предельным сопротивлением грунта под ее нижним концом давлению. По мере загрузки сваи возрастают реактивные силы по ее боковой поверхности и нижнему концу, свая получает небольшое перемещение (осадку). Когда перемещение ее относительно грунта достигнет некоторого значения, называемого нами с Ф. К. Лапшиным сдвиговой осадкой, сопротивление сдвигу ее боковой поверхности по грунту будет максимальным. Тогда, если сопротивление грунта в зоне нижнего конца сваи не может возрастать, свая получает провальную осадку, В большинстве же случаев сопротивление грунта под нижним концом сваи по мере увеличения ее осадки возрастает. Этим и объясняется, что осадка при испытании чаще всего соответствует кривой 5 (рис. 11.13,6). Учитывая сказанное, для определения предельного сопротивления сваи целесообразно принять величину осадки, больше сдвиговой для любых грунтов. В Ленинграде * рекомендуется принимать осадки, равные 40 мм, так как сдвиговая осадка ленточных глин составляет 25 мм. Положительный опыт строительства зданий на сваях, исходя из этого критерия (предельного сопротивления), свидетельствует о целесообразности его использования.

Определение несущей способности грунта основания свай по результатам их испытаний. При испытании натуральных и эталонных свай статической нагрузкой и натурных свай динамической нагрузкой получают частные значения их предельного сопротивления Fu. Для нахождения нормативного значения предельного сопротивления свай Fu.п результаты испытаний (6 и более) свай, проведенных в одинаковых грунтовых условиях обрабатывают методом математической статистики (см. п. 2.5). По результатам такой обработки находят и значение коэффициента надежности по грунту ys.

Способ изготовления набивных свай влияет на сопротивление их вдавливающей нагрузке. Сопротивление сдвигу боковой поверхности свай по грунту зависит от того, происходит ли при образовании полости для сваи уплотнение грунта или, наоборот, разуплотнение. В общем случае несущая способность набивных свай, работающих на вдавливающую нагрузку, как и забивных свай, вычисляется по формуле (11.4). Различие заключается в определении коэффициентов условий работы ус, Vc«, 4cf и расчетного сопротивления грунта R под нижним концом сваи.

Коэффициенты условий работы сваи в грунте ус и условий работы грунта под нижним концом набивных свай ycR принимают равными 1. При бетонировании сваи подводным способом.