Статическое зондирование на протяжении 50 лет остаётся одним из самых надёжных методов исследования грунтов, однако отечественные технические и кадровые возможности предприятий не позволяют этой технологии совершенствоваться так быстро, как это происходит за рубежом.
Специалисты знают: эффективность строительства напрямую зависит от правильного выбора типа фундамента. В сложных с геологической точки зрения условиях Северной столицы эта зависимость обретает самую жёсткую форму. Метод статического зондирования позволяет с достаточной степенью достоверности проанализировать состав, состояние и свойства грунтов.
На основании результатов можно не только уточнить посадку объекта на местности, но и выбрать оптимальный тип фундамента. В отличии от бурения, здесь в грунт на заданную глубину вводится стержень с коническим наконечником, и по мере его погружения производятся периодические замеры сопротивления грунта под нижним концом и на боковой поверхности этого зонда.
Использование статического зондирования приводит к значительной экономии материалов, энергоресурсов, времени и средств. С точки зрения экологической чистоты, это особенно актуально для Санкт-Петербурга, в центре которого капитальному ремонту и реконструкции подлежит большое число зданий, процесс изыскательского бурения со всеми вытекающими из него негативными последствиями, не приемлем.
Кроме того, в отличие от бурения, где качество получаемых результатов на прямую зависит от бурового мастера, метод статического зондирования этот факт если и не исключает, то в значительной степени нивелирует — все параметры фиксирует бортовой компьютер. Зато возрастает роль геолога-интерпретатора, анализирующего полученные данные.
В последнее десятилетие в России проходит стремительное увеличение этажности жилых домов, вплоть до строительства небоскребов. Это приводит к значительному повышению нагрузок на основание, в то же время под них отводятся площадки со все более сложными инженерно-геологическими условиями, изучение, которых требует комплексных исследований грунтов с помощью как лабораторных, так и полевых методов т.е. в условиях естественного залегания грунтов и даже там, где отбор образцов практически не возможен.
Здесь-то и приходит на помощь метод статического зондирования, прекрасно дополняющий, а в ряде случаев и заменяющий классическое бурение с отбором проб, особенно при использовании свайных фундаментов. Расчеты на основе этой технологии являются наиболее эффективным методом оценки несущей способности свай по двум причинам: по своей достоверности они уступают только статическим испытаниям свай, а по быстроте простоте и дешевизне превосходят все прочие методы, применяемые в инженерно-геологических изысканиях. Что касается непосредственно небоскребов, то здесь на первый план выходит уже упомянутая техническая оснащенность, вернее, недооснащенность отечественных изыскателей.
Простой пример: Для строительства в Санкт-Петербурге условного здания размерами 30 х 30 х 400 м необходимо, исходя из этажности и характера залегания слоев грунта, произвести геологоразведочные работы на глубину 150-200 метров. Технически и технологически это могут осилить лишь иностранные компании. У отечественных таких возможностей нет. Другое дело, что ряд экспертов-изыскателей, в том числе и сам автор, ставят под большое сомнение целесообразность высотно-башенного строительства, как такового. И не только в Северной столице.
Если же вернуться к вышеприведенному условному зданию, то если его просто "поместить на бок" (с сохранением полезного объема), то затраты на изыскания и фундамент тут же сократятся более чем в сто раз.
Применение статического зондирования в инженерно-геологических изысканиях стало общепризнанным делом. Многие изыскательские организации имеют самую совершенную зондировочную технику и соответствующие технологии, обычно закупаемые за рубежом. Для определения несущей способности свай расчет ведется по указаниям СНиП 2.02.03-85 (п 5,11) с понижающим коэффициентом 1,25, называемым коэффициентом надежности.
Дополнительный запас несущей способности свай происходит при сборе нагрузок на сваю. Все нагрузки на сваю берутся с коэффициентом перегрузки:
- постоянные нагрузки к = 1,1;
- теплоизоляция к = 1,2
- и т.д.
Не вся нагрузка на свайный фундамент приходится на сваи, так как часть ее берет на себя подошва свайного ростверка. Доля несущей способности, приходящаяся на свайный ростверк, зависит от его конструкции и глубины заложения. При плитном ростверке в отдельных случаях — при хороших физико-механических показателях грунта под подошвой — можно обойтись и без свай, выполнив фундамент на естественное основание.
Процесс определения несущей способности проектной сваи является трудной задачей для проектировщика. Высока вероятность запроектировать сваи такого сечения и длины, что их невозможно погрузить на проектные отметки. В ряде случаев для сохранения предварительно аналитически-обсчитанных объемов работ по сваям (коэффициент надежности к = 1,4) статическое зондирование или вообще не делается, или делается для проформы. Результаты статического зондирования не интерпретируются, и идет забивка свай, имеющих фактически повышенную несущую способность.
Сваи не забиваются на проектную отметку, остаются концы от 3 до 7 метров, которые обрубаются и сбрасываются в отвал. Идет потеря железобетонных конструкций. При строительстве промышленных цехов, судостроительных заводов, жилых зданий такие потери составляют тысячи кубометров свай, территория страны засоряется строительным мусором, хотя и без него различных свалок у нас и так достаточно.
Подобную ситуацию переживали советские строители в шестидесятые годы в строительстве, когда внедрялись свайные фундаменты. И тогда на первом этапе по незнанию делались запасы несущей способности свай, и при забивке из земли торчали «каменные леса» из не погруженных до проектных отметок железобетонных свай. Шли потери железобетонных свай.
Работу по определению несущей способности сваи взяло на себя Ленинградское отделение государственного проектного института "Фундаментпроект". Под руководством ныне покойного директора института Александра Михайловича Руковцова была изобретена, разработана и внедрена на стройках СССР специальная установка для статических испытаний натурных свай. В институте, наряду с мощным отделом инженерно-геологических изысканий, был создан отдел полевых испытаний грунтов, который вел статические испытания опытных свай на стройплощадках и корректировал параметры проектных свай.
Статические испытания опытных свай стали обязательными для строек страны — от Прибалтики до Дальнего Востока. Слабым местом статических испытаний опытных свай было то, что железобетонные сваи, забытые опытные кусты, после забивки и статического испытания никак не использовались и подлежали уборке с площадки строительства. Опытные сваи согласно ГОСТу должны "отдыхать" в зависимости от грунтов 10-20 суток.
Были и ошибочные решения: для легализации забытых свайных полей без предварительных статических испытаний опытные сваи назначались из числа рабочих свай в свайном поле и статически испытывались. Испытывать рабочие сваи на забитом проектном свайном поле категорически запрещается, т.к. испытание свай по ГОСТ-5686-97 ведется при максимальной нагрузке до полного разрушения свайного опытного куста.
Для экономии железобетонных свай для забивки опытных кустов стали использовать эталонные сваи. Эталонные сваи состоят из свинчивающихся концов стальных труб и являются моделью железобетонных свай. Опытные эталонные сваи забиваются на глубину забивки рабочих железобетонных свай с подсчетом количества ударов стандартным молотом на каждый метр забивки. После "отдыха" эталонные опытные сваи проходят статическое испытание миниатюрной установкой, и эталонные сваи с помощью спаренного домкрата вытаскиваются из земли для повторного использования.
На Западе бурное развитие получил метод статического зондирования грунтов. Определение несущей способности свай было компьютеризировано. В настоящее время для свай любого сечения и длины оно определяется отдельно по лобовому сопротивлению и боковой поверхности с интервалом в 1 метр по длине по разработанной программе в условиях реального времени без "отдыха". В связи со вступлением в ВТО, Россия в настоящее время работает по правилам Международного общества механики грунтов и инженерных изысканий, закрепленных в европейских нормативных документах. Взят Европейский стандарт определения несущей способности свай, с использованием западных установок статического зондирования и он адаптирован к российским условиям с коэффициентом надежности к = 1,25.
В свод правил по инженерно-геологическим изысканиям для строительства С11-105-97 Москва внесен пункт 8.16 об обязательном статическом зондировании при строительстве свайных фундаментов. Метод определения несущей способности свай, включающий в себя углубленную технологию инженерно-геологических изысканий и технику статического зондирования для совершенствования конструкций фундаментов зданий, основан на передовой инженерной технике и знаниях местных инженерно-геологических условий.
Метод является инновационной разработкой и отличается точностью определения несущей способности свай, быстротой (нет необходимости ждать отдыха свай) и оснащен компьютерными программами.
Метод экономичен, так как исключает ошибки в определении несущей способности свай и резко сокращает отходы при их массовой забивке.
Малое внедренческое предприятие (МВП) "Фундамент" освоило применение западных установок статического зондирования голландской фирмы "Фугро". Глубина статического зондирования — до 50 метров.
За 25 лет самостоятельной работы с 1991 по 2016 гг. МВП "Фундамент" много раз по договорам с заказчиками использовало статическое зондирование по системе "Фугро" для совершенствования конструкций фундаментов на построенных и строящихся объектах.
Применение статического зондирования при инновационной переработке фундаментов зданий приносит большой экономический эффект.
Директор малого внедренческого предприятия "Фундамент" Бардин В.Е.