Федеральным законом Российской Федерации № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» установлено обязательное требование по обеспечению безопасности зданий и сооружений на стадиях изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации. В этой связи особое внимание следует уделять вопросам обеспечения безопасности конструкций фундаментов, среди которых решения на сваях являются универсальными для применения в различных грунтовых условиях при строительстве многоэтажных зданий. При этом одним из основных факторов, влияющих на надежность и безопасность таких конструкций, является обеспечение проектной несущей способности фундаментов по грунту для передачи нагрузок от возводимого здания на плотные породы основания, залегающие в пределах инженерно-геологического разреза. Несущая способность по грунту Fd определяется расчетными методами на основании известных зависимостей с учетом результатов инженерно-геологических изысканий, выполненных на участке планируемого строительства [8, 9]. Кроме того, в процессе работ по устройству свайных фундаментов всегда важно знать фактические значения несущей способности, которые могут отличаться от заложенных проектных величин. Эта информация позволяет оперативно корректировать конструктивные параметры фундаментов для обеспечения максимальной надежности возводимых конструкций. Традиционно в отечественной практике строительства для этих целей применяют статические испытания грунтов сваями на вдавливающие (выдергивающие) нагрузки. Методика этих испытаний изложена в соответствующих нормативных документах: после «отдыха» погруженной сваи в грунте проводят испытания, прикладывая к ее торцу вдавливающую статическую нагрузку, создаваемую гидравлическим домкратом [5, 6]. Испытания производят по достижении максимальной нагрузки P, обычно определяемой отношением P=1,5Fd, или до осадки сваи s более 40 мм. По результатам испытаний строят график зависимости осадки сваи от приложенной нагрузки, на основании которого с учетом критерия предельной осадки для данного типа здания определяют несущую способность грунтов. Однако указанные испытания являются дорогостоящими и с учетом необходимого срока отдыха (до 20–28 сут) увеличивают продолжительность строительства, что в некоторых случаях реализации инвестиционных проектов недопустимо. В этой связи вопросы оперативного контроля несущей способности грунтов становятся особенно актуальными и требующими дополнительного изучения. При этом несущую способность определяют по технологическим параметрам, получаемым в процессе устройства свай, которые отражают в исполнительной документации. С учетом анализа современного опыта работ и изучения литературных и нормативных источников установлено, что такие методики позволяют с достаточной для практики точностью определять несущую способность грунтов. Они разработаны для технологий погружения свай заводского изготовления. Традиционно сваи погружают тремя способами – забивным, вдавливающим и вибрационным (виброударным). Последний способ в настоящее время на практике не применяют. Для забивных технологий применяют способ испытаний грунтов динамическими нагрузками, заключающийся в добивке свай, измерении остаточного отказа и расчете по известным зависимостям несущей способности грунтов. Однако точность получаемой таким образом оценки несущей способности недостаточна, особенно когда сваи погружаются в толщу слабых водонасыщенных грунтов. По мнению авторов, такие испытания следует применять для оценки положения острия сваи относительно несущего слоя плотных пород для выявления процессов «засасывания», разуплотнения межсвайного грунта и т.п. Более достоверными являются способы контроля несущей способности грунтов по значениям технологических параметров статического вдавливания. Именно рассмотрению таких методик и посвящена настоящая статья. Следует отметить, что применение технологии вдавливания свай заводского изготовления имеет следующие преимущества:

·         по сравнению с забивными технологиями при вдавливании не создается шум, в грунте не распространяются ударные воздействия, препятствующие производству работ в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений;

·         в отличие от буронабивных технологий, качество материала ствола (проектная марка бетона) сваи обеспечивается и гарантируется заводом-изготовителем;

·         регистрация усилия вдавливания по манометру гидравлической системы позволяет оперативно определять несущую способность сваи по процессу вдавливания на конечной стадии, что в некоторых случаях позволяет отказаться от дорогостоящих статических испытаний; ·         исключается необходимость прогрева бетона в зимних условиях;

·         при вдавливании свай в грунт, предварительно разрыхленный шнеком без его выемки, более чем в два раза уменьшается диаметр зоны переуплотненного грунта, что позволяет производить работы практически вплотную к существующим конструкциям зданий и сооружений без нарушения их целостности;

·        при определенных режимах работ сваи погружают в слои плотных грунтов без их дополнительного шнекового рыхления (патенты Верстова В.В., Гайдо А.Н. № 2500857 от 11.07.2012; Верстова В.В., Гайдо А.Н., Иванова Я.В. № 2498017 от 20.04.2012). 

Выбор типа установки для вдавливания свай на практике производят на основании расчетов показателей технологичности и анализа инженерно-геологический условий строительной площадки с учетом требуемых параметров фундамента. В результате определяют максимальное (конечное) усилие вдавливания, которое необходимо развивать при достижении острием сваи уровня несущего слоя грунта. Согласно СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» значения усилия вдавливания FВД(кН) для указанных условий необходимо принимать на основании следующего выражения:  

         FВД ≥ (kg/m) Fd,                                                         (1) где kg – коэффициент надежности, kg=1,2; m – коэффициент условий работы, принимаемый при отсутствии опытных данных равным 0,9; Fd – несущая способность грунтов, полученная на основании расчетов или по результатам статического зондирования грунтов.   Однако, как показал практический опыт работ с учетом анализа результатов статических испытаний грунтов, определение конечного усилия вдавливания по формуле (1) приводит к его завышению, неоправданному увеличению массы машины и использованию дополнительных балластных пригрузов, что значительно снижает производительность работ и в некоторых случаях заставляет менять технологию на применение буронабивных свай. Более приближенный к практике подход к назначению конечного усилия вдавливания предложен в работе [10], выполненной в ЗАО «Строительный трест № 28», в которой конечное усилие вдавливания рекомендуется определять на основании следующей формулы:

    FВД = ψ Fd,                                         (2) где ψ – эмпирический коэффициент надежности, определяемый на основании анализа экспериментальной зависимости фактической несущей способности грунта по данным статических испытаний от конечного усилия вдавливания сваи, фиксируемого по манометру гидравлической системы машин.   Значения коэффициента надежности, представленные в таблице 3, определены в различных грунтовых условиях с использованием вдавливания свай: (1) в грунт ненарушенной структуры; (2) в предварительно пробуренную скважину или разрыхленный грунт).    

Таблица 3 Значения коэффициента зависимости конечного усилия вдавливания от несущей способности сваи (коэффициента надежности) 

Ударный метод

Погружение свай методом вдавливания (вдавливание свай)

Буронабивные сваи

Испытания