Испытания винтовых свай по ГОСТ 5686-2020: статическая нагрузка, выдергивание, горизонтальная устойчивость

Винтовые сваи диаметрами 57, 76, 89, 108 и 133 мм с литыми или сварными наконечниками применяют для деревянных беседок, каркасных строений, заборов и опор ЛЭП. Несущая способность фундамента из таких свай достигает 12–15 тс. Расчеты по СП 24.13330.2021 дают теоретическую оценку. Фактическое сопротивление грунта определяют только полевыми испытаниями. Единственный нормативный документ, регламентирующий порядок работ, — ГОСТ 5686-2020 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями».

Стандарт устанавливает методы статического вдавливания, выдергивания и горизонтальных нагрузок. Без протоколов испытаний несущую способность свай принимают с понижающим коэффициентом 1,6. Это удорожает конструкцию на 30–50 %.

Цели испытаний и требования ГОСТ 5686-2020

Испытания подтверждают способность ствола и лопасти воспринимать проектное усилие в конкретных слоях грунта. ГОСТ 5686-2020 требует фиксировать диаметр лопастей, толщину стенки трубы (3,5; 4,0; 4,5; 6,0 мм), тип наконечника (литой или сварной) и способ погружения. Для завинчивания применяют механизмы с контролем крутящего момента. Ручные установки используют только для свай 57 мм под заборы.

Стандарт предписывает выдерживать грунт после завинчивания: трое суток для глинистых оснований, одни сутки для песков. Нарушение этого интервала снижает результаты по несущей способности до 30 % из-за незавершенного обжатия почвы.

Каждую сваю перед испытанием осматривают. Проверяют сварные швы на стволе, антикоррозийные составы на эпоксидной основе, соответствие типоразмеров паспортным данным. При отклонении толщины стенки более 0,5 мм от номинала изделие бракуют. Параметры заносят в журнал полевых испытаний.

Методика статических испытаний вдавливающей нагрузкой

Нагрузку прикладывают гидравлическим домкратом через систему анкерных балок. Упором служат соседние сваи или грунтовые анкеры, заглубленные не менее чем на 2 м. Ступени нагружения составляют 5–10 % от предельной нагрузки по расчету. Для винтовых свай 89/250 мм (ствол/лопасть) с несущей способностью 80–100 кН шаг принимают 1,5–2,0 тс.

Каждую ступень выдерживают до условной стабилизации: осадка не более 0,1 мм за 60 минут. Измерения выполняют прогибомерами 6ПАО с ценой деления 0,01 мм.

Критерий отказа по ГОСТ 5686-2020 — осадка, достигшая 40 мм при отсутствии прироста нагрузки, либо резкое проседание с увеличением скорости деформации. Для жилых строений с проектной нагрузкой 4–6 тс на сваю перемещение 40 мм означает потерю эксплуатационной пригодности. По результатам строят график зависимости осадки от нагрузки. Если фактическое значение ниже проектного более чем на 15 %, корректируют количество свай или типоразмер.

Испытания на выдергивание: условия и критерии

Выдергивающие усилия возникают в опорах ЛЭП, анкерных группах, каркасных сооружениях с высокой парусностью. ГОСТ 5686-2020 предписывает крепить захватное устройство к оголовку сваи строго по оси ствола. Нагрузку подают ступенями, аналогичными вдавливанию. Критерий отказа иной: вертикальное перемещение вверх на 25 мм без увеличения сопротивления.

Лопасть работает как упор, вовлекая массив грунта над ней. Несущая способность на выдергивание для однолопастных свай составляет 60–70 % от сопротивления вдавливанию. Для многолопастных конструкций расстояние между лопастями назначают не менее 1,5 диаметра большей лопасти. Это исключает смыкание зон сдвига.

Испытания начинают не ранее трех суток после завинчивания в глинах и двух суток в супесях. Стандарт запрещает проводить выдергивание на промороженных грунтах: результаты завышаются в 1,8–2,2 раза.

Оценка горизонтальной устойчивости и жесткости сваи

Горизонтальные нагрузки действуют на подпорные стены, цокольные части зданий на склонах, ограждения высотой более 2 м. Испытания по ГОСТ 5686-2020 проводят путем приложения усилия перпендикулярно оси сваи. Упорное устройство располагают на высоте 200 мм от уровня грунта. Ступени нагрузки — 0,2–0,3 тс, критерий отказа — перемещение оголовка более 20 мм или отсутствие стабилизации в течение 30 минут.

Жесткость винтовой сваи зависит от глубины завинчивания и толщины стенки. Пример: свая 108×4 мм заглублена на 2,5 м в полутвердую глину (показатель текучести IL = 0,2). Под нагрузкой 500 кгс горизонтальное смещение оголовка составляет 5–7 мм. При уменьшении глубины до 1,8 м перемещение возрастает до 15–18 мм. Свая 133×6 мм при тех же условиях дает смещение не более 3 мм.

СП 24.13330.2021 нормирует предельный горизонтальный сдвиг для жилых зданий: 10 мм на оголовке.

Таблица: предельные параметры испытаний по ГОСТ 5686-2020 для винтовых свай

Примечание: для свай диаметром 57 и 76 мм предельные нагрузки снижают на 30–40 %. Испытания проводят по отдельной программе.

Нормативная база и практика расчетов

ГОСТ 5686-2020 применяют совместно с СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты». СП устанавливает коэффициенты надежности по грунту: 1,2 — если выполнены статические испытания не менее двух свай; 1,6 — при отсутствии полевых данных. Разница в коэффициентах означает, что без испытаний расчетная несущая способность снижается на 33 %. Для фундамента из 20 свай это требует добавить 6–7 изделий.

ГОСТ Р 57939-2017 «Сваи винтовые» конкретизирует требования к материалам: сталь 20, 09Г2С по ГОСТ 19281; толщина стенки для жилых зданий — минимум 4 мм; покрытие — цинк или эпоксидные составы толщиной не менее 120 мкм. Производители предоставляют паспорта с результатами заводских испытаний. Эти данные справедливы только для эталонного грунта — плотного песка или суглинка. На участке с коэффициентом вариации прочности более 20 % (насыпные слои, торф) типовые значения не применяют.

Для плотных грунтов и условий вечной мерзлоты допускается косвенная оценка по крутящему моменту завинчивания. ГОСТ 5686-2020 разрешает корреляцию момента и несущей способности при наличии тарировочных графиков для конкретного типоразмера. Погрешность метода — до 25 %. Его используют только как экспресс-контроль на промежуточных этапах.

Протоколы полевых испытаний входят в состав актов освидетельствования скрытых работ (формы КС-2, КС-6а). Без них приемка фундамента строительным надзором невозможна. Протокол содержит: схему расположения испытуемых свай, ведомость ступеней нагружения, графики деформаций, заключение о соответствии проектным отметкам.