Штамповые испытания грунтов статическим методом

Испытания грунтов в полевых условиях проводят при помощи штампов. Цель исследования – определить модуль общего и упругого деформирования. Методы, применяемые для измерения и расчёта необходимых характеристик, соответствуют Межгосударственным стандартам и общепринятым регламентам ГОСТ. Все данные регистрируются в журнале. 

Опираясь на показатели, специалист строит график, где отображается реакция грунта на статическое давление штампа: пласт сжимается по мере возрастания нагрузки, после чего порода сдвигается и деформируется, осыпается на срезе.

Для проверки рыхлого грунта бригада роет шурф для размещения штампового устройства. Его ширина должна незначительно превышать габариты штампа. При испытании твёрдого и полутвёрдого скального грунта, роют скважину. Штамповые тестирования неплотных почв проводятся на небольших глубинах. Наличие крупнообломочных пород в слое должно соответствовать минимуму. 

При изучении реакции твёрдых пластов на воздействие штампа, глубина скважины может составлять 50 м. Для точного измерения показателей удельного сопротивления, в скважину опускают прессиометр.

При возведении габаритных многоэтажных зданий, грунт даёт различную усадку на границе с фундаментом. Коэффициент усадки зависит от физических и механических свойств пласта. Неравномерная усадка приводит к образованию трещин в основании фундамента и стенах, это, в свою очередь, может повлечь разрушение конструкции. Штамповые испытания грунтов позволяют заблаговременно определить область меньшей плотности грунта, чтобы утрамбовать и уплотнить слой более плотной породой или щебнем. Работа по стабилизации пласта под основание строения проводится до тех пор, пока инженер не получит одинаковые показатели по всей площади объекта.

Статическое и динамическое зондирование грунта в полевых условиях

Если исследуемый участок находится в труднодоступном для размещения бурильной установки месте, испытатель проводит динамическое и статическое зондирование почв. Подобным методом исследования пользуются при изучении свойств грунта на облагороженных территориях с эксклюзивным ландшафтным дизайном. Конусообразный наконечник забуривается в пласт, а датчики замеряют показатели сопротивления на конце и по бокам зонда.

Статическое зондирование – процедура, при которой наконечник погружается в грунт плавно, а нагрузка увеличивается постепенно.

Динамическое зондирование подразумевает рваную нагрузку, создаваемую ударами молота. Подходит для работы с твёрдыми породами. Полевые испытания методом зондирования проводятся согласно нормативным требованиям ГОСТ.

Преимущества статического и динамического бурения в минимизации затрат на диагностику. Слабым местом методики является недостаточное количество геологических данных.

Испытания под нагрузкой: плоский штамп

Диаметр инструмента составляет 6, 10, 25 и 50 см2.

Штамповые испытания грунтов предопределяются нормативным регламентом ГОСТ 20276 2012 и предусматривают тестовые измерения плоским штампом для установления коэффициента деформирования грунта на участке. Метод заключается в поэтапном увеличении давления на штамп, модулирующего повышение нагрузки, и измерение уровня осадка в соответствии с временем воздействия. Это трудоёмкое исследование, требующие специальных инструментов и человеческих ресурсов, монтажа установок и подготовки периметра для испытания.

Плоский штамп – финальный этап геодезических изучений, предшествующих детальной разработке проекта, когда выбрано точное местоположение, известны предполагаемые габариты конструкции, и с какой силой здание будет давить на грунтовый пласт, известны требования к фундаменту (вид, глубина, материалы).

Модуль деформации

Инженеры рассматривают такой показатель, как модуль деформации, то есть уровень прессованности грунта под давлением.

Модуль деформации определяют как неизменный показатель в условии установленных границ участка и стабильных физико-механических свойств породы. Коэффициент искажения необходим для установки степени предстоящей осадки сооружения.

Степень осадка – это необходимая константа для анализа модуля деформирования, который вычислили благодаря зондированию и прессиометрическими испытаниями.

Тестирование грунта позволяет определить и дать оценку следующим показателям:

  • Осаживание грунта в течение определённого времени и под воздействием установленной нагрузки.
  • Критическая нагрузка – предельно допустимое воздействие.
  • Просадка грунта при повышении уровня влажности и давления.

Габариты штампов напрямую влияют на уровень деформации грунта на исследуемом участке.

Впервые подобные исследования провёл Пресс в 1930 г. Тестировались влажные глинистые почвы и пористые песчаные грунты. В качестве инструмента был выбран

штамп квадратной формы различной площади. В результате исследований были установлены следующие факты:

  • Воздействие на пески, штампом площадью от 18х18 и до 30х30 см не вызывает деформаций. Осадка растёт при сохранении показателей давления и уменьшении площади штампа. Для глинистых почв оказалось достаточно размеров 30х30 см, чтобы вызвать движение грунта.

Максимально достоверные показатели можно получить при тестировании грунта подопытными фундаментами, соответствующими габаритам зданий. Однако высокая стоимость изысканий не позволяет проводить их часто. Их заменяет штамп малой площади.

Для диагностики грунта в скважине применяют круглые штампы площадью 600 квадратных сантиметров.

Разнообразный физический и химический состав грунтов, его механические возможности предписывает брать для обследования штампы разных размеров:

  • Песчаные и глинистые почвы с консистенцией IL≤0,25 тестируют с помощью штампа 50х50 см2.
  • Песчаный грунт с крупными частицами и глинистые слои консистенции IL> 0,25 подвергают испытаниям под давлением штампа площадью 5000 см2.

При статичном испытании почв применяют штамп, измерительное оборудование, утяжелитель для нагрузки. При помещении штампа в скважину диаметром 32,5 см, срез грунта укрепляют специальной трубой. Нагрузка на штамп регулируется с помощью выведенных на поверхность штанг. Увеличение\уменьшение нагрузки выполняют посредством гидромеханических домкратов.

Приборы и оборудование

Степень осадок определяется механическим оборудованием. Производится контрольный замер минимум двумя прогибомерами. Их тросики крепятся абсолютно симметрично от центра штампа.

Средний арифметический показатель по данным с 2-х прогибомеров есть осадок штампа.

Погрешности осадка при диагностике прогибомерами составляет 0,1 мм. Если для измерений используют индикаторы часового типа, погрешность будет равняться 0,01 мм. Слабое место часовых индикаторов – быстрая изнашиваемость и частые поломки оборудования, необходимость применения дополнительных инструментов при помещении на глубину больше чем 1 см.

Количество необходимых замеров и штамповых испытаний зависит от глубины и площади фундамента. Эксперты располагают опытные точки по оси фундамента на расстоянии 3-х метров друг от друга.

Сложная геологическая структура и разнородный состав пласта в точке тестирования, обязуют располагать штамп на 2 м выше выработка.

Технология испытаний, инструменты и оборудование подбирают согласно информации о скоплении грунтовых вод на участке. Если отметка для проверки располагается выше водоносного слоя, исследование проводят посредством шурфа, в ситуации, когда необходимо осуществить контроль состояния породы ниже водяного уровня, для опытов применяют скважины.

Для определения модуля искажения необходимо провести три испытания. Если разница в показателях первого и второго тестирования не выше 25%, допустимо ограничиться двумя испытаниями.

Накануне установки штампа следует зачистить участок с помощью соответствующей техники. Если не удаётся добиться идеально ровной поверхности, насыпают уравнивающую подушку из сухого песка.

Для обеспечения максимальной плотности прилегания штампа к грунту, специалист осуществляет пару-тройку поворотов в противоположных направлениях по вертикальной оси. После чего проверяют горизонт.

Основные этапы работы

  1. Клиент подаёт заявку на оказание услуг.
  2. Оговариваются условия сотрудничества, порядок внесения оплаты, подписывается двусторонний договор.
  3. Проводятся полевые испытания: измерение площади, расчёт контрольных точек, установка штампов.
  4. Специалист обрабатывает результаты штамповых испытаний грунта, оформляет заключение и передаёт отчёт клиенту.
  5. Окончательный расчёт осуществляется после проверки акта испытаний.

Для чего проводят испытания штампами?

Анализ

Согласно требованиям ГОСТ, штамповые испытания грунтов позволяют установить эксплуатационные характеристики слоя, на котором будет располагаться основание конструкции.

Инженерные расчёты

Тестирование грунтового слоя позволяет:

  • наметить план работ
  • подобрать технологию возведения и способ укрепления фундамента
  • рассчитать устойчивость сооружения.

Гарантия качества

Штамповые испытания грунта позволяют произвести необходимые расчёты и обеспечить высокое качество строительных работ, продолжительную эксплуатацию объекта, минимизировать затраты и избежать дополнительных финансовых вложений.