Перед проведением статических испытаний необходимо тща­тельно спланировать поверхность грунта вокруг опытной сваи. Загрузочное устройство монтируется таким образом, чтобы обес­печить центральное приложение строго вертикальной нагрузки. Сама пробная свая должна иметь необходимую прочность мате­риала, обеспечивающую получение требуемых характеристик не­сущей способности грунта. При необходимости голова сваи усиливается внешней обоймой. Если испытание проводится с использованием анкерных свай, последние рассчитываются на растяжение с коэффициентом запаса, равным 2, и не должны быть длиннее испытываемой.
Анкерные сваи в плане должны размещаться на расстоянии не менее 6 d, но не ближе 2 м от испытываемых, если те без уширений на конце. При наличии уширений сваи располагаются в пла­не таким образом, чтобы возникающие в грунте вокруг них напряженные зоны не пересекались.
Набивные сваи могут испытываться только после того, как прочность их бетона достигнет не менее 75% расчетной вели­чины.
Статические испытания свай сводятся к определению зависи­мости осадки от нагрузки и построению графиков S=f(Р). На­грузку на сваю прикладывают возрастающими ступенями. Вели­чина ступени принимается равной 1/10-1/15 ожидаемой пре­дельной (Р_пр) или критической (Р_кр) нагрузки на сваю, и обыч­но равна 1,25; 2,5; 5 или 10 т. Каждая ступень нагрузки выдер­живается во времени до наступления условной стабилизации осадки. Стабилизация считается достигнутой, если за последние 2 ч для глинистых грунтов (за 1 ч при ускоренном режиме ис­пытаний) и 1 ч для песчаных грунтов (за 30 мин при ускоренном режиме испытаний) осадка увеличивается менее чем на 0,1 мм.
Испытание желательно проводить до получения критической нагрузки на сваю или до общей осадки сваи S >100 мм (во вся­ком случае до S>40 мм). При критической нагрузке обычно на графике S=f(Р) отмечается весьма резкий перелом. Если на­грузка прикладывается гидравлическим домкратом, этот момент фиксируется следующим образом.
После стабилизации осадки на очередной ступени нагрузки в домкрате поднимается давление и осуществляется переход на следующую ступень. Если при этом достигнута критическая нагрузка, прогибомеры показывают резкое, незатухающее нара­стание осадки, а стрелка манометра на домкрате указывает од­ну и ту же величину - критическую нагрузку. Прекращение работы насоса домкрата приводит к стабилизации осадки, а стрелка манометра падает до величины, лежащей между пре­дыдущей (стабилизировавшейся) нагрузкой и критической.
Критическая нагрузка считается достигнутой, если общая осадка сваи >40 мм, а осадка за последнюю ступень превышает осадку за предыдущую ступень более чем в 5 раз и не стабили­зируется в течение суток и более. На графиках S=f(Р) при этом обычно отмечается резкий перелом, а самая кривая зави­симости стремится к вертикали.
Если сваи опираются на крупнообломочные грунты или на крупные и средней крупности плотные пески, а также на глини­стые грунты твердой консистенции, то статические испытания могут быть прекращены при осадках S<20 мм при условии, что максимальная нагрузка Р_макс при испытании будет не менее 1,5 Р, где Р - требуемая несущая способность сваи.
За предельную величину несущей способности сваи рекомен­дуется принимать величину Р_пр. =0,92 Р_кр.
Зачастую на графиках S=f(Р) нельзя определить явную точ­ку перелома, а кривая зависимости имеет пологий характер. Определение Р_кр в этом случае связано с известными трудностя­ми, так как многие вопросы работы сваи и расшифровки графи­ков S=f(Р) находятся еще в стадии изучения. Для свай с весь­ма развитой площадью опоры на практике часто Р_пр принимает­ся равной нагрузке, соответствующей на графике двойной ве­личине осадки, допустимой для фундамента возводимого сооружения. При этом кривая зависимости S=f(Р) вплоть до принимаемой Р_пр не должна иметь резких точек перелома, ха­рактерных для Р_кр. Если по техническим условиям не удается достигнуть двойной величины предельно допустимой осадки и по кривой зависимости не усматривается близость наступления кри­тического состояния, за Р_пр принимается величина конечной на­грузки.
При определении Р_пр необходимо учитывать тип сваи (за­бивная, с уширением), характер ее работы и вид грунтов. Для забивных свай на величину Р_пр оказывают влияние условия, связанные с так называемым «отдыхом» сваи. Статические испы­тания сваи следует производить, спустя некоторое время после их забивки (в песчаных грунтах не ранее 3, а в глинистых 6 дней).
Для расшифровки графиков S=f(Р) большое значение имеет масштаб их построения. Обычно для наглядности по оси абсцисс откладывают нагрузку Р в т, а по оси ординат - осадку сваи S в мм или см. При испытании свай на сжатие ось абсцисс направ­ляется слева направо, а ось ординат - сверху вниз. При испыта­нии свай на выдергивание ось ординат направляется снизу вверх.
На рис. 39 приведен примерный график испытания сваи ста­тической нагрузкой. Для

построения подобных графиков обычно пользуются масштабами: для нагрузоr - 1 см = 5 т нагрузки; для осадок - 1 cм = 1 мм осадки.
Такие масштабы удобны при малых осадках. При больших осадках при таких масштабах получаются   громоздкие   и искаженные графики, приводящие к занижению несущей способно­сти свай в слабых грунтах. Поэтому при больших осадках для графиков можно рекомендовать следующие масштабы: для оси абсцисс при Р_кр <60 г - 1 см=2,5 т, при Р_кр от 60 до 150 т - 1 см = 5 т при Р_кр > 150 т - 1 см =10 т; для оси ординат при S₀<50 мм - 1см - 10 мм осадки,    при S₀>50 мм - 1 см= 10 мм осадки (S₀ - стабилизировавшаяся осадка на последней ступени нагруз­ки, после которой отмечается наступле­ние Ркр ).
Приведенные рекомендации по выбору масштабов позволяют получить удобочи­таемые графики приемлемых размеров.
При проведении статических испытаний иногда строят графики зависимости осад­ки от времени. Такие графики позволяют правильнее определить стабилизацию осадки.
Для определения упругой части осадки сваю разгружают ступенями, равными двойной величине ступени при нагрузке. Каждая ступень при разгрузке выдержи­вается по 10 мин.
На практике нередко проводят испыта­ние одной из свай в кусте. При таких ис­пытаниях свая всегда показывает завы­шенную несущую способность, поскольку ее осадке препятствуют окружающие ненагруженные сваи этого куста Поэтому можно допустить испытание только угловых свай ростверка или средней сваи, но только до того, как будут забиты остальные сваи этого ростверка.
Несущая способность сваи по результатам испытаний сжима­ющей статической нагрузкой определяется по формуле

(11)

где:  k - коэффициент  однородности   основания,   принимаемый равным k = 0,8;
m - коэффициент условий   работы,   принимаемый    равным m = 1;
Р_н - нормативное сопротивление сваи в т. Согласно СНиП ІІ-Б. 5-67 для мостов нормативное сопротив­ление сваи Р_н принимается равным предельной нагрузке Р_пр, т. е. Р_н = Р_пр, а для зданий и сооружений (кроме мостов) за нормативное сопротивление сваи в формуле (11) предлагается принимать нагрузку, под воздействием которой испытываемая свая получит осадку , равную

(12)

где: - предельная величина средней осадки   фундамента проектируемого здания или сооружения, учитывае­мая в проекте или   принимаемая   по СНиП   П-Б 1-62;
- коэффициент   перехода   от предельной    величины средней осадки фундамента здания или сооруже­ния , учитываемой в проекте  от длительной нагрузки, к осадке сваи, полученной при статичес­ких испытаниях свай с условным затуханием осад­ки, равным 0,1 мм за 2 ч.
Величина коэффициента принимается равной = 0,1; ее до­пускается уточнять по данным долговременных испытаний и по результатам наблюдений за осадками зданий, построенных, на свайных фундаментах в аналогичных условиях.

При испытании свай пробной статической нагрузкой ре­комендуется принимать нормативное сопротивление свай Р_н для всех зданий и сооружений (так же, как и для мостов), равным предельной нагрузке Р_пр , как это предписывалось СНиП ІІ-Б 5-62. Дело в том, что поскольку для различных зданий и соору­жений предельные осадки фундаментов резко отличаются по сво­ей величине (от 8 до 30 см), новая трактовка результатов статических испытаний с использованием формулы (12) вносит большую неопределенность. Получается, что несущая способ­ность свай может зависеть от типа здания или сооружения, по­жалуй, больше, чем от грунтовых условий. Поясним это на примере.
Рассмотрим график испытаний свай (рис. 40). По этому графику критическая нагрузка для

Рис.40 Несущая способность свай в зависимости от типов зданий и сооружений
Р_ж, Р_п,  Р_м, Р_т - несущие способности свай для жилого дома, промздания, моста и трубы.

сваи Р_кр=48 т. Найдем, чему будут равны нормативные со­противления свай для фундаментов моста, жилого дома, дымо­вой трубы (на железобетонной плите) и промышленного зда­ния, а также соответствующие несущие способности свай.
По методике расчета СНиП II-Б. 5-62 для моста или любого другого сооружения или здания:

В табл. 12 показано, что отказ от прежней и переход на но­вую методику расчета свай по результатам статических испыта­ний:
- приводит к тому, что несущая способность одной и той же сваи в одинаковых грунтовых условиях оказывается, якобы, в одном случае в 1,5-2 раза больше чем в другом;
- может вызвать значительное (в 1,5-2 раза) недоиспользова­ние фактической несущей способности свай и   соответствующее удорожание свайного фундамента.
Попытка связать несущую способ­ность отдельной сваи с предельной средней осадкой здания или сооруже­ния не может быть оправдана хотя бы потому, что осадка одиночной сваи, как правило, составляет только неболь­шую часть осадки свайного фундамен­та и практически не зависит от дефор­маций грунта в активной зоне фунда­мента в целом.
Для раздельного определения вели­чин сопротивления грунтов под остри­ем и на боковой поверхности сваи мож­но воспользоваться стальной инвентар­ной сваей-штампом конструкции «Фундаментпроект» (рис. 41). Форма ее по­перечного сечения бывает круглой или квадратной.
Испытание производится в такой последовательности. После погружения сваи на требуемую глубину усилием домкрата, пе­редаваемым через внутреннюю трубу, нагрузка прикладывается к наконечнику и производится испытание по острию сваи; затем вдавливается ствол сваи (наружная оболочка) для определения сопротивления грунта по боковой поверхности, после чего свая испытывается при ее одновременной работе
Таблица 12. Несущая способность сваи в фундаментах различных зданий и сооружений

по острию и по боковой поверхности.
Достоинством сваи-штампа является возможность раздель­ного испытания сопротивления грунта по острию и по бо­ковой поверхности сваи. Одна­ко необходимость в применении обычной громоздкой нагрузоч­ной системы не устраняется.
Для   раздельных  послойных определений        сопротивления грунта по острию и боковой по­верхности сваи и кардинального упрощения таких испытаний  в Киевском инженерно-строительном институте была разработана инвентарная испытательная полая свая. В ее состав входят соосно расположенные подвижные муфта и наконечник, соеди­ненные с гидроцилиндром или гидравлическими домкратами, помещенными в нижней части полости испытательной сваи. Роль анкерного устройства играет ствол (выше подвижной муфты), который  силами  трения  на  боковой поверхности  передает на

Рис. 41. Свая-штамп конструкции «Фундаментпроект»:
1 - наружная   труба,   обрамленная   уголками, 2 - внутренняя  труба;  3 - башмак

окружающий грунт реактивное усилие от гидроцилиндра или домкратов. С целью повышения реактивного сопро­тивления грунта на боковой поверхно­сти ствол испытательной сваи может быть снабжен, например, винтовыми лопастями.
Испытательная свая (рис. 42) имеет размеры: диаметр 273 мм(площадь поперечного

Рис. 42. Схема инвентарной испытательной сваи:
1 - выдвижной наконечник; 2 - гидравлический домкрат к наконечнику; 3 - подвижная муфта, 4 - траверса; 5 - гидравлический домкрат к муфте; 6 - маслопровод. 7 - нить прогибомера, 8 - прогибомер к муфте; 9 - проушина для крепления вибро­погружателя; 10 - прогибомер к реперному устройству; 11- прогибомер к наконечнику, 12 - реперное устройство; 13 - нить прогибомера; 14 - маслопровод, 15 - винтовая лопасть; 16 - кор­пус сваи;  17 - сальники

сечения наконечника 600 см²), длина 10 м. Свая состоит из полого корпуса (стальной трубы), надетой на его нижний конец подвижной муфты и выдвижного наконеч­ника. Внутри подвижной муфты по диаметру расположена сое­диненная с ней траверса, помещенная в прорезях, имеющихся в стенках сваи. Над острием сваи помещены два гидравлических домкрата для нагружения наконечника и для подвижной муфты. Управление гидравлическими домкратами   осуществляется  с помощью двух маслопроводов из напорных трубок или шлан­гов, по которым поочередно по­дается жидкость из насоса, рас­положенного на поверхности. Перемещение наконечника сваи и подвижной муфты изме­ряется с помощью двух прогибомеров с прочными нитями, переброшенными через блоки и присоединенными соответст­венно к наконечнику и травер­се. К верхнему концу сваи свободно присоединена проушина для прикрепления вибропогру­жателя, допускающая враще­ние сваи вокруг оси. Для конт­роля фиксированного положе­ния сваи в процессе испытания применяется, например, реперное устройство с прогибомером. Для повышения анкерного эффекта к боковой поверхности ство­ла сваи (выше подвижной муфты) прикреплены винтовые ло­пасти. Сальники предохраняют от попадания воды внутрь испытательной сваи.
При погружении в грунт с помощью вибропогружателя ВВПС 32/19 или ВВПС 20/11 происходит плавное завинчивание испы­тательной сваи. Точно так же она извлекается из грунта.
Инвентарная испытательная свая с сечением, близким к попе­речным размерам обычных свай, позволяет получить достовер­ные данные о несущей способности свай еще в процессе изыска­ний и обеспечивает разработку экономичных проектных решений свайных фундаментов. Кроме того, она избавляет от необходи­мости изготовлять и забивать бросовые пробные и анкерные сваи и устраивать упорные стальные конструкции, что также дает большую экономию.
На рис. 43 приведены графики определения несущей способ­ности инвентарной сваи по острию и по боковой поверхности под­вижной муфты. Испытания были проведены в мягкопластичном суглинке через сутки и через 6 суток после погружения инвен­тарной сваи; глубина забивки составляла 8 м.
На этой же площадке в непосредственной близости к месту испытания

Рис. 43 Графики испытания инвен­тарной и пробных свай:
1 и 2 - по боковой поверхности инвентар­ной сваи через сутки и через 6 суток; 3 и 4 - то же, по острию, 5 и 6 - графики испытаний двух пробных свай.

инвентарной сваи предварительно были испытаны две железобетонные пробные сваи сечением 30x30 см, забитые в грунт также на глубину 8 м.
Ниже приводится определение несущей способности железо­бетонной сваи сечением 30X30 см, забитой на глубину 8 мв мягкопластичный суглинок.
По графику определяем, что на основании испытаний, выпол­ненных через 6 суток после забивки инвентарной сваи, норматив­ное сопротивление грунта основания на боковой поверхности муфты , а критическое сопротивление по острию Р_кр =10 т. Соответствующее нормативное сопротивление по ост­рию сваи

где: - нормативное сопротивление грунта   основания по острию сваи, принимаемое равным  ;

F₀ - площадь поперечного сечения инвентарной сваи.
Согласно (13)   .
Поскольку середина подвижной муфты инвентарной сваи при испытании находилась на глубине 7,5 м, а середина боковой по­верхности рассчитываемой железобетонной сваи - на глубине 4 мот поверхности, надо найти соответствующий переходной коэффициент k₀.
Величину k₀ найдем  (в порядке   первого    приближения)   по СНиП II-Б. 5-67, табл. 2 для глинистых грунтов с консистенцией
В = 0,6 по отношению значений f_н для глубин 4 и 7,5 м.
Коэффициент .
Несущую способность железобетонной сваи сечением 0,3х0,3 и длиной 8 м по основанию определяем по формуле (14)

(14)

где:  k - коэффициент  однородности  грунта,  принимаемый  k = 0,7;
m - коэффициент условий работы инвентарной испытатель­ной сваи, принимаемый до получения более достовер­ных данных m= 0,8;
F - площадь поперечного сечения нижнего  конца   железо­бетонной сваи в м²;
и - периметр поперечного сечения сваи в м;
l - глубина забивки сваи  (при однородном грунте)  в м .
Согласно   (14) Р_ф =0,7 • 0,8 (155 • 0,09 + 1,2 • 8 • 2,2 • 0,7) =7,8+ + 8,3=16,1 т.

По графику (рис. 43) найдем величины несущих способ­ностей по основанию для пробных свай.
Критические сопротивления пробных свай Р_кр1 =25,0 т и  Р_кр2 = 28,0 т.
Несущие   способности   для   этих   двух   свай   будут   соответ­ственно Р₁=0,7•0,935•25,0=16,4 т   и   Р₃=0,7•0,935•28,0=18,4 т. Отношение расчетных    сопротивлений    свай,   по испытаниям пробных и инвентарной свай:

и     

Таким образом испытания пробных и инвентарных свай дают схожие данные.
Следует отметить, что при забивке пробных свай, предназна­ченных для статических испытаний, рекомендуется измерять по­лучаемые при этом отказы для возможности сопротивления несу­щих способностей свай в данных грунтовых условиях, вычис­ленных по результатам статических и динамических испытаний.