12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.3)

Б. ИСПЫТАНИЯ СВАИ ИМИТИРОВАННЫМИ СЕЙСМИЧЕСКИМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ

Несущая способность сваи на осевую сжимающую или выдергивающую нагрузку по результатам полевых испытаний имитированными сейсмическими воздействиями определяется по формуле

где k_c — коэффициент, характеризующий снижение несущей способности сван при сейсмических воздействиях; вычисляется по выражению (12.96).

Коэффициент γ₁ находят по результатам испытания свай, загруженных вертикальной статической нагрузкой, на сейсмовзрывные воздействия. Испытания проводятся в следующем порядке.

С помощью гидравлического домкрата сваю загружают безынерционной осевой вдавливающей ступенчато возрастающей нагрузкой с условной стабилизацией затухания осадки, согласно требованиям ГОСТ 5686–78, до величины N_p0, при которой осадка головы сваи достигает значения 40 мм, соответствующего требованиям СНиП II-17-77. Перед началом загружения между домкратом и упорной конструкцией устанавливают виброизолятор (пружины или катки).

Не позднее чем через 24 ч после окончания стабилизации осадки при нагрузке N_p0 производят короткозамедленный взрыв зарядов взрывчатого вещества, вызывающий сейсмовзрывное воздействие требуемой интенсивности. Заряды располагают в скважинах на определенном расстоянии от испытываемых свай с соблюдением правил техники безопасности и обеспечением безопасности существующих зданий. Продолжительность сейсмовзрывного воздействия при испытаниях должна составлять не менее 7 с. Промежуток времени между взрывами отдельных зарядов ВВ назначается по записям контрольных взрывов в зависимости от затухания колебаний от момента вступления волны с максимальной амплитудой до момента, когда амплитуда колебаний от одного взрыва уменьшится не менее чем вдвое. Ориентировочно этот промежуток времени t может быть принят в пределах 2T ≤ t = 3T (где Т — период колебаний грунта возле опытных свай).

В процессе испытаний на сейсмовзрывные воздействия вертикальная статическая нагрузка не поддерживается постоянной, а должна иметь возможность уменьшаться по мере снижения сопротивления грунта. При испытаниях на сейсмовзрывные воздействия регистрируются горизонтальные составляющие колебаний грунта на поверхности около опытных свай в двух взаимно перпендикулярных направлениях, осадка сваи за период испытаний и уменьшение давления в гидравлической системе домкрата (т.е. вертикальной нагрузки). Векторные значения ускорения колебаний поверхности грунта возле опытных свай должны быть не менее 2 м/с² для расчетной сейсмичности 7 баллов, 4 м/с² для 8 баллов и 7 м/с² для 9 баллов. Глубина скважин для размещения зарядов ВВ и расстояние между скважинами назначаются организацией, производящей буровзрывные работы в зависимости от величины заряда, диаметра скважины, грунтовых условий и длины верхнего участка скважины, забиваемого грунтом для исключения выброса при взрыве (длина указанного участка должна в любом случае приниматься не менее 5 м).

Ориентировочную массу m заряда ВВ, кг, для обеспечения требуемой интенсивности колебаний грунта около опытных свай допускается предварительно определять по формуле (с последующим уточнением по результатам контрольных взрывов одиночных зарядов на площадке):

;

где с = 2,8·10^–5 кг·с⁴·м^–5; α — требуемое расчетное ускорение горизонтальных колебаний поверхности грунта около опытной сваи, м/с²; R — расстояние от скважины с зарядом ВВ до испытываемой сваи, м: назначается из условия R ≥ 15 + 1,5d_p, где d_p — глубина погружения сваи в грунт, м.

Коэффициент γ₁ по результатам испытаний свай па сейсмовзрывные воздействия определяется по формуле

,

где N_р0 и N_р1 — вертикальная статическая нагрузка соответственно до начала я поело окончания сейсмовзрывных воздействий; s₀ — осадка сваи при нагрузке N_р0 перед началом испытаний на сейсмовзрывные воздействия; s₁ — дополнительная осадка сваи за период испытаний свай на сейсмовзрывные воздействия.

Коэффициент γ₂ определяется по результатам испытаний свай, загруженных вертикальной статической нагрузкой, на горизонтальные динамические воздействия. Испытания проводятся в следующем порядке.

Свая загружается вертикальной статической нагрузкой так же, как и при испытаниях на сейсмовзрывные воздействия.

С помощью вибратора направленного действия, установленного на катках около сваи и жесткосвязанного с ней, создаются горизонтальные динамические воздействия на сваю продолжительностью не менее 10 с при постоянной частоте вращения, не превышающей 10 Гц. Для этой цели могут быть использованы вибропогружатели типа ВП-1, ВП-2 или ВПП, оборудованные двигателями постоянного тока для создания колебаний с необходимой амплитудой за счет изменения частоты вращения. Горизонтальное раскачивание сваи необходимо осуществлять с постоянной амплитудой A_g, которая на уровне поверхности грунта определяется из условия A_g = 1,2u₀, но принимается не менее 3 мм (где u₀ — горизонтальное перемещение сваи на уровне поверхности грунта при статическом приложении расчетной сейсмической нагрузки к свайному фундаменту сооружения). В процессе испытаний на горизонтальные динамические воздействия вертикальная нагрузка не поддерживается постоянной, а должна иметь возможность уменьшаться по мере снижения сопротивления грунта. При испытаниях свай на горизонтальные динамические воздействия регистрируется амплитуда колебаний свай на уровне поверхности грунта A_g, осадка сваи s₂ за период испытаний и контрольных запусков вибратора, а также уменьшение давления в гидравлической системе домкрата (т.е. вертикальной: нагрузки).

Горизонтальное перемещение сваи u₀ на уровне поверхности грунта при статическом приложении к свайному фундаменту сооружения расчетной горизонтальной сейсмической нагрузки можно определить по формуле

.

Для свай, защемленных в низкий или высокий ростверк, исключающий возможность поворота головы свай, коэффициент р вычисляется соответственно по выражениям:

;

где  = B₀/α²_d + C₀l_r/α_d + l²_r/2; A₀, B₀, C₀ — коэффициенты, значения которых принимаются по указаниям СНиП II-17-77; l_r — расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта (для свободно стоящих свай — высота приложений горизонтальной нагрузки над поверхностью грунта).

Для свай, шарнирно сопряженных с ростверками или защемленных в ростверк, не исключающий возможность поворота головы свай, а также для свободно стоящих свай по формуле

Коэффициент γ₂ по результатам испытаний свай на горизонтальные динамические воздействия вычисляется по зависимости

,

где N_р0 и N_р2 — вертикальная статическая нагрузки на сваю соответственно до начала и после окончания горизонтальных динамических воздействий; s₃ — осадка сваи при нагрузке N_р0 перед началом испытаний на горизонтальные динамические воздействия; s₄ — дополнительная осадка сваи за период испытаний на горизонтальные динамические воздействия и контрольных запусков вибратора.

Испытания горизонтальными динамическими и сейсмическими воздействиями рекомендуется проводить на разных сваях. Допускается проводить испытания на одной и той же свае, но при этом испытания горизонтальной динамической нагрузкой должны выполняться после испытаний на сейсмовзрывные воздействия. В случае когда оба вида испытаний проводятся на одной и той же свае, вертикальную статическую нагрузку, уменьшившуюся при сейсмовзрывных воздействиях, необходимо довести до первоначального значения, равного N_р0.

Испытания имитированными сейсмическими воздействиями свай, загруженных осевой выдергивающей статической нагрузкой, для определения коэффициентов γ₁ и γ₂ проводятся аналогично испытаниям свай, загруженных осевой вдавливающей нагрузкой, при этом перед началом испытаний сваи загружаются статической осевой ступенчато возрастающей выдергивающей нагрузкой до величины Φ, равной несущей способности сваи на выдергивающую нагрузку. При вычислении коэффициентов γ₁ и γ₂ величина осадок сваи в этом случае заменяется на соответствующие значения вертикальных перемещений (выхода) сваи.

Для проведения испытаний имитированными сейсмическими воздействиями не должны использоваться сваи, испытанные ранее статической нагрузкой для определения их несущей способности. Сваи, испытанные имитированными сейсмическими воздействиями, не должны в дальнейшем использоваться в свайном фундаменте сооружения.

Число свай, подлежащих испытаниям имитированными сейсмическими воздействиями, устанавливается проектной организацией и принимается не менее 1/3 числа свай, испытанных вертикальной статической нагрузкой на данном объекте. В том случае, если нельзя провести испытания свай сейсмовзрывными воздействиями на конкретной площадке строительства, допускается использовать результаты испытаний таких же свай в аналогичных грунтовых условиях.