Буровые установки Инструмент и оборудование Оборудование для испытания грунтов Инъекционное и цементационное оборудование
Спецпредложения
Японцы намерены пробурить земную кору до мантии
Минпромторг утвердил подпрограмму по снижению доли зарубежного бурового оборудования, осваивающего Арктику
Компания «ПК Анкер Гео» расширила ассортимент малых буровых установок
Скидки на ловильный инструмент!
Призы при заказе от 100 000 руб!
Натриевый бентонит
Бентонитовый глинопорошок
Доставка товара
Скважинные камеры и уровнемеры
Компания «ПК Анкер Гео» ищет региональных дилеров

 
—  Штамповые испытания грунтов
—  Статическое зондирование
—  Динамическое зондирование
—  Прессиометрические испытания грунтов
—  Строительство коттеджа: когда нужна геологоразведка и испытания грунтов?
—  Пенетрометр — мобильное оборудование для определения плотности грунта
—  Расчёт характеристик горных пород с помощью зондирования

Штамповые испытания грунтов

Деформационные свойства грунта — важный параметр, от точности измерения которого зависят прочностные характеристики будущего фундамента и всего сооружения в целом. Исследованию данного параметра уделяется важное значение, а потому совершенствование методов испытания и зондирования грунтов никогда не останавливается.

Суть штамповых испытаний

В полевых условиях хорошо зарекомендовал себя метод штамповых испытаний. Его суть состоит в следующем: жёсткие штампы, установленные в породах, поэтапно нагружаются, а в это время приборами снимаются показатели осадки. Испытания производятся в пределах границ взаимодействия грунта с сооружением. Параметр деформационных свойств грунта вычисляется по осадку штампа на каждом отдельном этапе нагрузки. Исследуется также и характер деформации во времени.

Особенности метода испытания пород штампами

В отличие от зондирования грунтов, данный метод отличается большой трудоёмкостью и сложностью. Это связано с необходимостью применения крупногабаритного геологического оборудования, которое к тому же имеет достаточно большой вес. Кроме того, перед началом испытания грунтов их нужно тщательно подготовить. Ещё один нюанс связан с временными затратами: для изучения характера осадки может потребоваться много времени. В связи с этим испытания грунтов штампами осуществляется в подавляющем большинстве случаев уже на завершающих стадиях инженерно-геологических изысканий, когда ориентировка сооружения и его габариты уже определены, а место под посадку выбрано. Желательно также, чтобы были заранее известны передаваемые на грунт нагрузки, а также геологическое строение участка. Не менее важна и информация о том, насколько глубоко будет закладываться фундамент и какой его тип будет использоваться. Регламент проведения испытаний штампами, а также методы трактовки результатов изложены в ГOСТе 12374-77.

Стадии процесса осадки

Н. М. Герсеванов ещё в 1930 году установил, что процесс осадки грунта, вызванный давлением жёсткого фундамента и моделируемый посредством штампов, делится на несколько стадий.

  • Стадия уплотнения
    Данная стадия характеризуется сжатием скелета грунта и выражается значительным уменьшением его пористости.
  • Стадия сдвигов
    Данная стадия характеризуется предельным равновесием грунта и сопровождается многочисленными местными сдвигами, распространяющимися по краям подошвы фундамента.
  • Стадия разрушения
    На данной стадии происходит полное или частичное разрушение боковых стенок грунта. Таким образом, именно данная стадия отвечает за появление деформаций, которые сопутствуют возникновению поверхностей скольжения. Уплотнённый грунт конусообразной формы смещается вместе со штампом вниз, почти не встречая на своём пути сопротивления. Выпор пород при этом свободно происходит по краям штампа. На данной стадии характерно следующее: при сохранении постоянных нагрузок деформации не затухают, а при незначительном увеличении нагрузок — стремительно возрастают.

Н.А. Цытович, в отличие от своего коллеги, считал, что существует всего две стадии процесса осадки грунта и что никакого чёткого разделения между ними нет. Он также считал, что прочность оснований не нарушается даже при наличии множественных локальных сдвигов. Однако подобные заявления были сделаны достаточно давно, и с тех пор геологическое оборудование далеко продвинулось. Современные модели способны фиксировать даже малейшие изменения в структуре грунта.

Л.Н. Воробков и Ю.Г. Трофименко сходятся во мнении, что если основание состоит из нескальных грунтов, то его несущая способность должна рассчитываться исходя из того, что в нём будут образовываться поверхности скольжения. Притом допускается, что эти поверхности могут охватить всю подошву фундамента сооружения.

Коэффициент Пуассона

Модуль деформации при штамповых испытаниях грунтов высчитывается согласно ГOCТу 12374-77 по формуле. Для этого, помимо полученных в ходе использования геологического оборудования значений, необходимо также знать коэффициент Пуассона для разных пород. Для глин коэффициент Пуассона составляет 0,42; для суглинков — 0,35; для супесей и песков — 0,30; для крупнообломочных грунтов — 0,27; для полускальных пород - 0,25; для скальных — 0,15.

Формула для вычисления модуля деформации при штамповых испытаниях грунтов

Каким бы не было используемое геологическое оборудование, значение модуля деформации грунтов можно определить лишь для начального прямолинейного участка. Это связано главным образом с тем, что модуль деформации по своему определению является показателем сжимаемости грунтов, а поведение этих самых грунтов непостоянно и описывается теорией линейно-деформируемых тел.

Когда модуль деформации определён, вычисление осадок сооружений больше не составляет проблем. Ведь модуль деформации для грунта известного состава и состояния — это величина постоянная, так что каких-либо колебаний и отклонений в значениях быть уже не может. По данным, полученным в результате испытаний грунтов, помимо модуля деформации можно определить также упругую деформацию грунта, его осадку под нагрузкой, просадку при увлажнении, критическую (разрушающую) величину нагрузки, а также приблизительный характер развития деформации в дальнейшем.

Влияние габаритов штампа на деформацию исследуемых пород

Опыт исследования грунтов, накопленный инженерами-геологами за последние полвека, говорит о существенном влиянии размеров штампа на степень и характер деформации исследуемых пород. Впервые об этом заговорил Пресс в 1930 году. Используя квадратные штампы разной площади, он провёл испытания на влажных глинах, а также на мелкозернистых сухих песках. Было установлено, что в случае с песками осадка не меняется, если размеры штампов находятся в диапазоне от 18х18 см до 30х30 см. Если же площадь штампа увеличивать либо уменьшать, данный параметр возрастает. К слову, для глин максимальный размер штампа, при котором значение осадки имеет значение, составляет 30х30 см. Почти к таким же выводам пришёл и проектно-изыскательный институт «Фундаментпроект», с той лишь разницей, что минимальная осадка у штампа, зарегистрированная работниками института с применением современного геологического оборудования, составляла 1200 см2.

Испытание грунтов, гарантирующее точность данных

Безусловно, наиболее точные данные об осадке и прочностных характеристиках пород могут быть получены опытным путём при проведении испытаний на грунте, идентичном по площади с проектируемым фундаментом. Однако такие испытания очень дорогостоящи, а потому проводятся лишь в исключительных случаях. При исследованиях массового характера, когда предельно точные значения не требуются, используются шурфы, площадь которых намного меньше проектных значений.

Стандартные размеры штампов

Стандартные размеры штампов, используемых для испытаний грунтов, были определены геологами ещё в Советском Союзе. Стандартными для исследований в шахтах, штольнях, котлованах и шурфах считаются круглые, плоские (12-15 мм) и жёсткие штампы, площадь которых составляет 2500, 5000 и 10 000 см2. Применяются также штампы небольшой площади (1000 см2). В таких случаях прибегают к использованию жёстких колец, посредством которых площадь штампов наращивается до 5000 см2. Существуют и совсем небольшие круглые штампы диаметром 27,7 см. Их площадь составляет всего 600 см2, а используются они преимущественно для испытаний в скважинах, образуемых буровыми установками.

Рекомендуемые размеры штампов

В зависимости от состояния грунта размер штампов должен варьироваться. Геологи рекомендуют пользоваться в процессе испытаний грунтов следующими размерами:

  • В глинистых с консистенцией IL>0,25, рыхлых, крупнообломочных и песчаных грунтах средней плотности: штампы диаметром 79,8 см (5000 см2).
  • В глинистых с консистенцией IL<0,25, а также в песчаных грунтах: штампы диаметром 56,4 см (2500 см2).

Геологическое оборудование для испытания грунтов статическими нагрузками

Основным оборудованием для испытания грунтов методом статических нагрузок является:

  • штамп;
  • установка для передачи нагрузки на штамп;
  • измерительная аппаратура.

Штампы

Всю информацию о штампах, их размерах, а также об их выборе в зависимости от типов грунтов мы уже привели выше. Добавим лишь, что при испытании грунтов в скважинах используются штампы самого малого диаметра, а скважина при этом должна быть закреплена обсадными трубами. Штанги, выходящие на поверхность, давят на штамп, передавая на него таким образом необходимое усилие.

Установки для нагружения штампов

Данное геологическое оборудование служит для передачи усилия на штамп. В зависимости от конфигурации установки, нагрузка может передаваться одним из нижеперечисленных методов:

  • тарированным грузом через платформу;
  • посредством пневматических камер;
  • с помощью домкратов;
  • через систему рычагов.

Для использования пневматических или гидравлических домкратов нужен хороший упор. Он организуется с помощью винтовых анкерных свай, на которые монтируются специальные удерживающие устройства. В некоторых случаях, когда есть такая возможность, упор осуществляется в стенки шурфа или в грузовую платформу.

Установка для нагружения штампов с упором в стенки шурфа
Установка для нагружения штампов с упором в стенки шурфа

Установки, предназначенные для передачи нагрузки на штамп и оборудованные упорами в стенки шурфа, предназначены для использования со штампами площадью 5000 см2 на глубине до пяти метров. Предельное давление на грунт в таких случаях может достигать 5 кг/см2 (0,5 Мпа). Такая установка намного более сложна в монтаже и сама по себе имеет более сложную конструкцию, чем её аналог с винтовыми сваями. Однако такая сложность компенсируется одним весомым преимуществом: установка в значительно меньшей степени зависит от физико-механических свойств грунтов, образующих верхнюю часть разреза. Её целесообразно использовать, когда сваи винтового типа не удаётся погрузить в грунт из-за его высокой плотности.

Что касается установки, для работы которой требуется упор в грузовую платформу, то она не отличается каким-либо сложным техническим исполнением. Но в то же время её монтаж достаточно сложен и требует больших трудозатрат. Как правило, испытания грунтов с применением такого геологического оборудования проходят на крупных строительных площадках, куда могут быть доставлены бетонные блоки и другие тяжёлые детали строительных конструкций, используемые в качестве упора.

Установки с нагружаемой платформой плохо подходят для испытаний грунтов в шурфах, так как требуют для эксплуатации монтажа крупной платформы (что достаточно трудоёмко), а также наличия подходящего тарированного груза. Но такое геологическое оборудование часто применяется для испытания пород в скважинах, закреплённых обсадными трубами. В таких случаях применяются штампы небольшого диаметра площадью порядка 600 см2.

Для испытаний пород в скважинах в нашей стране часто используются установки Урал ТИЗИС канатно-рычажного типа. По их классификации легко можно определить размер используемого штампа. Так, КРУ-5000 работает со штампом площадью 5000 см2, а КРУ-600 — со штампом площадью 600 см2. Помимо стандартных установок, Урал ТИЗИС выпускает также устройство под названием УДПШ-60, использующее пневмокамерный цилиндр в качестве нагружного механизма на штамп. Такой подход может существенно расширить сферу применения данного устройства, ведь для создания давления в его пневмокамере может использоваться сжатый воздух, находящийся в баллоне, или даже ручной насос.

Измерительные приборы, определяющие осадку грунта под штампом

Геологическое оборудование, измеряющее осадку грунта под штампом, как правило, имеет механическое строение. Наиболее распространёнными в России являются модели 6ПA0-ЛИСИ и ПM-3.

Осадка штампа должна измеряться двумя и более прогибомерами, датчики от которых крепят на штампе симметрично по отношению друг к другу в равной удалённости от центра. За осадку штампа принимают значение, являющееся средним арифметическим показаний обоих приборов. Как вы, вероятно, уже поняли, чем больше прогибомеров будет применяться, тем более точные значения осадки штампа будут получены. Сами же прогибомеры монтируются на специальных реперных устройствах, состоящих из перекладин и свай. Применяя струбцины с роликами, измерительное геологическое оборудование можно установить на некотором удалении от шурфа. Это удобно, так как в подавляющем большинстве случаев его невозможно смонтировать непосредственно над штампом.

Точность измерений, получаемых посредством прогибомеров, регламентируется ГOCTом 12374-77 и составляет 0,1 мм. В то же время при испытании грунтов методом приложения к ним статических нагрузок геологам нередко приходится измерять осадки ещё точнее. Такая необходимость существует, например, при исследовании грунтов, обладающих повышенной плотностью, или при геологических изысканиях под особые сооружения, имеющие уникальную архитектуру. В таких случаях предпочтение обычно отдаётся индикаторам часового типа ИП и ИC. Точность измерения деформаций грунта в случае их использования может достигать 0,01 мм. Однако такие устройства используются только тогда, когда это действительно необходимо. За точность измерений приходится расплачиваться неприспособленностью данного геологического оборудования к работе в полевых условиях. Оно очень нестабильно само по себе и быстро выходит из строя. Кроме того, при измерении осадок более 10 мм могут потребоваться дополнительные устройства.

Какие бы измерительные приборы не применялись в процессе испытаний грунтов, их всегда нужно монтировать по окончании установки всего остального геологического оборудования. Это позволит избежать повреждений, способных сказаться на точности полученных измерений.

Методика проведения испытаний грунтов

Методика проведения испытания зависит от множества факторов, таких как:

  • глубина заложения фундамента;
  • степень однородности залегающих в основании сооружения пород;
  • распределение нагрузок на фундамент;
  • конфигурация фундамента и его ориентировка.

Что касается выбора геологического оборудования, то он обычно зависит от уровня грунтовых вод. Если отметка проведения испытаний лежит ниже этого уровня, то опыты проводятся преимущественно в скважинах, а если выше — в шурфах.

Испытаниям должны быть подвергнуты все несущие слои грунта, за исключением случаев, когда зона взаимодействия представлена однородным слоем. В таких случаях исследования могут быть проведены только на одной глубине. Если же основание неоднородно, а все составляющие его типы грунтов обладают различными свойствами, испытаниям подвергаются абсолютно все слои, встреченные на пути. Согласно CHиП 2.02.01-83, минимальное количество таких испытаний — 3. Ограничиться двумя испытаниями можно лишь в том случае, если полученные в них значения модуля деформации не разнятся между собой более чем на 25%.

Расстояние между точками, в которых производятся испытания, должно вдвое превышать диаметр штампа, но ни при каких обстоятельствах не должно быть меньше, чем 0,6 м. В случае, когда грунт представляет собой совокупность тонких слоёв и снять значения в каждом из них не представляется возможным, инженеры-геологи ограничиваются усреднёнными значениями показателя модуля упругости.

Меры предосторожности

ГOCT 12374-77 вводит ограничения на минимальные размеры буровых и горных выработок. Диаметр образованных с помощью буровых установок скважин не может превышать 325 мм; диаметр "дудок" должен находиться в пределах 0,9 м; шурфов — 1,5х1,5 м. Скважина должна быть строго вертикальной. Её необходимо закрепить обсадными трубами вплоть до точки, в которой будут производиться испытания.

Прежде чем устанавливать штамп, забой выработки следует полностью зачистить. Для этого применяется специальное оборудование, позволяющее выбрать защитный слой мощностью до 0,2 м. Если после такой процедуры дно продолжает оставаться неровным, его застилают подушкой из песка толщиной 5 см (в случае с крупнообломочными грунтами) или 1,5-2 см (в случае с глинистыми основаниями). С целью обеспечения плотного контакта штампа с грунтом его проворачивают несколько раз вокруг своей оси в одну и в другую сторону. Когда штамп установлен, горизонтальность его положения тщательно проверяют, после чего монтируют остальное геологическое оборудование (нагружающая часть, реперные устройства, прогибомеры и прочее).

Осадка всегда определяется как среднее арифметическое значение всех фиксирующих её прогибомеров, закреплённых симметрично по отношению друг к другу с противоположных сторон штампа. Согласно ГОСТу, измерения следует осуществлять с точностью 0,1 мм, а отсчёты по прогибам необходимо производить через каждые пятнадцать минут в течение первого часа, а затем каждые полчаса в течение второго часа исследований. Далее отсчёты по прогибомерам производятся каждый час до полной стабилизации осадки.

Испытания грунтов могут продолжаться вплоть до момента достижения предельного давления. За предельное (критическое) принимают давление, при котором увеличение осадки принимает критические значения (в сравнении со значениями, полученными за предыдущую ступень нагрузки). Появление трещин или "валиков выпирания" вокруг штампа также свидетельствует о критическом давлении и служит сигналом к прекращению испытания.

Все данные, полученные в ходе испытаний грунтов, вносятся в журнал, который выступает в роли основного документа при проведении исследований.

Обработка полученных результатов

На данном этапе происходит обработка результатов, полученных в ходе испытания грунтов методом воздействия на них статическими нагрузками. В результате расчётов получают количественный показатель модуля деформации грунта, а также другие значения, необходимые для возведения на участке тех или иных объектов.

 
 
© Copyright 2011-2017 г. ООО «ПК Анкер Гео» - буровые установки, оборудование и инструмент
Продвижение сайта: «Веб Гармония»