Методы испытания грунтов

Содержание статьи:

1. Для чего испытывают грунты?
2. Типы испытываемых грунтов
3. Полевые испытания грунта
4. Лабораторные методы
5. Результаты испытаний

Для чего испытывают грунты?

Испытания грунтов проводят на объектах, где планируется строительство или реконструкция инженерных сооружений. Для проведения обследования грунтов требуется специальное оборудование и техника, такие мероприятия выполняют специальные лаборатории. Испытания делятся на полевые и лабораторные.

В ходе эксплуатации площадки грунт может деформироваться из-за статических нагрузок, но сама степень, или стадия, деформации зависит от характеристик породы, определение которых позволит оценить и исключить риск смещения, деформации и просадки фундамента, растрескивания стен и разрушения объекта.

В ходе испытаний оценивают следующие факторы:

• динамическая устойчивость грунтовых слоев, насыщенных водой
• пространственная изменчивость характеристик
• прочность, физические и деформационные характеристики почвы
• несущая способность свай
• массивы грунтов
• разделение георазреза
• оконтуривание водяных линз и прослоев

Также в ходе исследования ведут стационарные наблюдения за физико-механическими свойствами насыпных и намывных грунтов и их изменением во времени.

Испытания грунтов включают в себя достаточно обширный комплекс мероприятий, о которых подробно расскажем ниже.

Типы испытываемых грунтов

ГОСТ 25100-2011 устанавливает типы, классификацию и свойства грунтов, которые учитываются при испытаниях. Как правило, грунты классифицируют по строению и составу. Таким образом грунт можно разделить на 4 большие группы.

1. Песчаные грунты формируются песком разных фракций, зерна песка имеют высокую пластичность. В составах песчаных грунтов содержатся кальций, полевой шпат и кварц. Отличительной характеристикой песчаных грунтов является хорошая водонепроницаемость, а значит они подходят для оснований разных типов зданий.
2. Скальные грунты — монолитные породы, залегающие в виде сплошных массивов. К этой категории можно отнести кварциты, диориты, гнейсы, граниты, сланцы, песчаники и конгломераты. Скальные породы остаются прочными даже при большом поглощении влаги, а также хорошо проходят испытания с нагрузкой на сжатие.
3. Крупнообломочные грунты (несцементированные), в своем составе содержат осадочные и кристаллические породы (щебень, гравий, валуны). Подходят для крепкого основания, однако, этот тип грунта тяжел в разработке.
4. Глинистые грунты характеризуются своей пластичностью и низкой водопроницаемостью. Состоят из глины и песка, частицы чешуйчатой формы.

Полевые испытания грунта

Полевые испытания грунта относятся к инженерно-геологическим видам. Целью такого исследования служит оценка деформационных и прочностных показателей сырья, а также определение гидрогеологических параметров в условиях естественного залегания пород.

Испытания штампами

Испытания штампами проводят в соответствии с ГОСТ 20276.1-2020, чтобы определить деформационные свойства на разных этапах нагрузки. Другими словами, данное исследование позволяет определить штамповый модуль деформации грунта.

Для проведения испытания сооружают вертикальную нагрузку объекта с учетом масштабного эффекта, а далее отслеживают просадку, величину предельного давления, которые вызывает деформацию почвы.

Данное тестирование является натурным, так как полное моделирование процесса уплотнения грунта проводят в условиях аналогичным условиям эксплуатации.

Штамп выполняют в виде плоской или винтовой конструкции, которая может различаться по площади подошвы или виду оборудования для нагружения.

Динамическое зондирование

Данное тестирование выполняют по ГОСТ 19912-2012 и используют только в грунтах с естественным основанием (песчаный слой), а верхняя часть фундамента распределяет нагрузку между всеми несущими элементами здания.

Для испытания используют зонд, ударную установку и измерительное оборудования. Ударная установка представляет собой колесные или гусеничные установки с молотом, вес которого составляет до 64 кг.

В данном тестировании исследуют следующие параметры:

• недренированный модуль деформации
• недренированную прочность
• динамическое сопротивление

Данных этого испытания хватает для проектирования зданий с малой или средней нагрузкой на основание.

Статическое зондирование

Испытание проводится по ГОСТ 19912-2012 и очень популярно в России, так как в нашей стране довольно часто применяют свайные фундаменты в качестве основания для различных зданий.

Для чего проводят статическое зондирование:

• проводят разделение гео разреза на слои, которые можно идентифицировать по площади и глубине
• обследуют пространственную изменчивость характеристик, в результате чего выбирают расчетную модель фундамента
• разделяют грунты на группы по свойствам, состоянию и составу
• определяют физические и механические свойства
• выполняют проектирование
• проводят расчет оснований, в ходе которых в том числе определяют расчетное сопротивление грунта, осадок сваи и нагрузки на сваю.

В ходе исследования собирают следующие данные:

• несущая способность свай
• угол внешнего трения
• компрессионный модуль деформации
• пороговое давление
• сопротивление сдвигу нестабилизированных оснований

Одновременно с испытанием методом статического зондирования также проводят сейсмическое профилирование и геофизические исследования с электроразведкой.

Прессиометрия

Прессиометрия выполняется в соответствии с ГОСТ 20276.2020. Данный метод позволяет оценить прочность и деформационные свойства скальных, песчаных и щебнисто-глинистых грунтов в стенках буровых скважин.

Чтобы провести исследование в стенках скважин прикладывают давление и измеряют степень деформации с помощью специальных прессиометров. 

Прессиометрия определяет те же характеристики и помогает собрать те же данные, что и штамповое исследование, однако отличительная особенность данного тестирования заключается в том, что давление осуществляется сбоку, а не сверху.

Вращательный срез, или испытания на сдвиг

Испытание проводится по ГОСТ 20276.5-2020. Во время этого испытания грунт проверяют на сдвиг специальными лопастными приборами (используют крыльчатку с четырьмя лопастями) в скважине, Такое тестирование помогает собрать точную информацию о наличии глинистых грунтов и рыхлых песков, а также в ходе испытания можно оценить прочность торфяных отложений.

Опытно-фильтрационные испытания

Данное исследование выполняется в соответствии с ГОСТ 23278-2014. С помощью опытно-фильтрационных испытаний оценивают гидродинамические и гидрогеологические свойства слоев грунта, а также оценивают следующие параметры:

• коэффициенты фильтрации
• темпы роста
• размеры депрессионной воронки

Лабораторные методы испытаний грунта

Существует два основных метода испытания грунтовых пород в лаборатории — одноосное сжатие и трехосное сжатие. Эти методы относят к компрессионным испытаниям и позволяют определить деформационные показатели.

Одноосное сжатие

Одноосное исследование подходит для полускальных грунтов, в процессе фиксируют модули упругости и деформации. При испытании одноосным сжатием анализируют коэффициенты Пуассона и показатели поперечной деформации.

Одноосным сжатием оценивают:

• общую деформацию
• коэффициент сжимаемости
• уровень сжатия и прочность структуры

Трехосное сжатие

Трехосное сжатие также называют стабилометрическим методом, данное исследование в точности имитирует нагрузку, которую грунт может быть испытывать под влиянием построенного сооружения. С помощью этого метода можно дать оценку следующим параметрам:

• механические показатели
• уровень бокового давления
• давление сверху
• уплотнение на глубине

С помощью данного метода можно дать прогноз поведению грунта в естественных условиях.  

Результаты испытания

После проведенных испытаний составляется специальный отчет, куда вносится следующая информация:

• точное описание результатов визуального осмотра объекта
• физические и химические свойства почвы (результаты натурных и лабораторных испытаний)
• рекомендации о строительстве 

Также в отчете указывается план участка со схемой осуществленных бурений, а также схема послойного строения почвы с общими данными.