Свайные фундаменты широко применяются в строительстве благодаря своей универсальности и способности обеспечивать надежное основание на сложных грунтах, таких как пучинистые, заболоченные или слабонесущие. Ключевым этапом при проектировании такого фундамента является точный расчет, одним из центральных параметров которого является отказ сваи. Этот показатель напрямую влияет на несущую способность и долговечность всей конструкции.
Что такое залог и зачем он нужен?
В процессе забивки свай используется понятие «залог». Это серия из нескольких последовательных ударов (обычно не менее четырех), которая позволяет определить среднюю величину погружения сваи от одного удара — то есть средний отказ. Количество ударов в залоге зависит от типа оборудования: для дизельного молота это, как правило, 10 ударов, а при использовании вибропогружателя измеряют количество движений в минуту. Основная задача — погрузить сваю до проектной отметки, постоянно контролируя ее вертикальность. Расчетный отказ — это критически важный параметр, подтверждающий, что свая достигла необходимой глубины и способна выдержать проектные нагрузки. Для наибольшей достоверности результатов рекомендуется комбинировать различные методы испытаний: динамические, статические, а также геологические изыскания и зондирование грунта.
Истинный и ложный отказ: в чем разница?
Специалисты различают два типа отказа. Ложный (или мгновенный) отказ фиксируется сразу после окончания погружения сваи, когда ее заглубление соответствует проектному значению. Однако более объективным является истинный отказ, который определяется после «отдыха» сваи — перерыва, необходимого для восстановления структуры грунта вокруг ее ствола после снятия динамической нагрузки. Метод определения несущей способности путем забивки и измерения отказа называется динамическими испытаниями. Продолжительность перерыва («отдыха») зависит от типа грунта и может составлять от 20 до 40 дней, как, например, в условиях Московской области. После стабилизации грунта несущая способность сваи возрастает по сравнению с моментом сразу после ее погружения.
Формула Герсеванова: математическая основа расчета
Для точного расчета величины отказа L (в сантиметрах) от одного удара используется классическая формула Герсеванова:
L = ((F*Эр*n)/(P(Kn*P+F*n)*Kn) * (e(q1+q)+Qn)/(q1+q+Qn)).
Давайте расшифруем переменные, входящие в эту формулу:
- F – площадь поперечного сечения сваи (м²);
- Эр – энергия удара молота;
- n – коэффициент, зависящий от материала сваи и типа молота (для ж/б свай и дизельного молота ≈ 150 кН/м²);
- P – проектная несущая способность сваи (кН);
- Kn – коэффициент надежности;
- q – масса сваи с наголовником (кН);
- q1 – масса подбабка (используется при работе над котлованом) (кН);
- Qn – полный вес молота (кН);
- e – коэффициент восстановления (для ж/б сваи с деревянной вкладкой = 0,2).
Важно отметить, что все массы и силы в формуле выражены в килоньютонах (1 кН ≈ 102 кг). Коэффициент надежности Kn обратно зависит от количества свай в фундаменте: для 1-5 свай он равен 1.75, а для более 20 свай снижается до 1.1.
Обратная задача: расчет несущей способности по отказу
На практике часто требуется решить обратную задачу: определить несущую способность Р по фактически измеренному на стройплощадке отказу e. Для этого применяется другая форма формулы Герсеванова:
P = (yc/yq) * (0,5*F*n + √0,25*F2*n2+(F*n/e)*QH*̅((Q+0,2q)/(Q+q)))
Здесь e — это реально замеренный отказ, QH — работа молота, Q — масса ударной части молота. Коэффициенты yc и yq учитывают условия работы сваи и общую надежность конструкции соответственно.
Как определяют средний отказ на практике?
Средний отказ — это усредненная величина погружения сваи, и методика его определения зависит от способа погружения:
- Отказ вдавливания: измеряется усилие, необходимое для погружения сваи на последние 0,5 метра. Этот участок разбивается на 5 отрезков по 10 см, и для каждого фиксируется параметр.
- Забивной отказ: вычисляется как средняя глубина погружения от одного удара по результатам последних 10 ударов в залоге.
- Отказ при вибропогружении: определяется по степени погружения за последнюю минуту трехминутного залога.
Если в процессе погружения отказ остается больше расчетного, работы приостанавливают, и свае дают «отдохнуть». Длительность этой паузы зависит от грунта: для плотных маловлажных песков — минимум 3 суток, для мягких пластичных глин — значительно дольше.
Применение результатов в строительстве
Полученные данные об отказе являются руководством к действию на стройплощадке. Если после «отдыха» отказ все еще превышает проектное значение, необходимо согласование с проектной организацией. Возможные решения: изменение проекта, проведение дополнительных статических испытаний свай или, в случаях, когда критичен именно отказ (а не глубина), допускается недобивка сваи, но не более чем на 0,5 метра от проектной отметки. Таким образом, расчет и контроль отказа свай по формуле Герсеванова — это не просто формальность, а необходимый процесс для обеспечения надежности и безопасности всего возводимого сооружения.